南瓜属植物的分子系统发育及分子钟研究

南瓜属植物的分子系统发育及分子钟研究南瓜属(Cucurbita)植物是葫芦科(Cucurbitaceae)美洲起源的一年生或多年生蔓生草本植物,约12-14种,分布于热带及亚热带地区,在温带地区栽培。属内主要驯化种有5种,分别是中国南瓜(C. moschata Duch)、印度南瓜(C.maxima Duch.,别名：笋瓜)、美洲南瓜(C. pepo L,别名：西葫芦)、黑籽南瓜(C.ficifolia B)和灰籽南瓜(C. argyrosperma Huber),我国主要引入栽培前三种。

南瓜属栽培种作为主要蔬菜作物也是重要的经济作物,不仅易栽培,产量高,营养丰富,还具有保健和药用价值。美国、墨西哥、印度和中国是世界上南瓜属作物的主产区,我国南瓜年产量为4000万吨,占世界总产量的40%以上。

南瓜属作物也具有很高的观赏价值,以美洲南瓜为主,可作为艺术品陈设和重要的节日道具。南瓜属植物是人类最早驯化的植物之一,有至少10000年的历史,而且各个栽培种有独立的驯化历史,对具有重要经济价值的南瓜属物种的系统发育关系的研究有助于我们了解属内进化历史和栽培作物对应的野生物种,对遗传育种、物种形成机制具有重要作用。

本文采集了25个南瓜属物种及其以下分类单元作为样本,通过对叶绿体编码区的matK和rbcL基因,叶绿体非编码区trnL内含子和trnL-F基因间隔区以及rpl20-rps12,线粒体atp4-ccmc基因间隔区扩增测序,进行序列分析,同时结合形态学特征和地理分布探讨属内系统发育关系,通过比较前人通过叶绿体限制性位点,核基因组ITS序列和线粒体内含子序列所得到的系统发育树,进一步阐述南瓜属物种的种间关系,驯化历史和地理分布范围。同时,基于联合叶绿体四个片段得到的系统发育树进行分子钟研究,大致确定了属内各主要分支类群的分歧时间。

主要结论如下：1.南瓜属的种间关系基于DNA序列的分子系统发育分析可将南瓜属植物分为两大类群：(1)适应干旱气候的物种：C. digitata, C. palmata, C. cor data, C. foetidissima, C. pedatifolia和C.ficifoliac该类群物种主要为多年生且具有储藏根。包括C. digitata, C. palmata, C. cor data三个物种的具有深叶裂的窄叶型亚组构成了整个南瓜属的基部,表现出较原始的特征。

该类群中另一亚组包括C. foetidissima, C. pedatifolia和C. ficifolia 三种,都为阔叶形浅叶裂物种且分歧时间晚于窄叶型亚组,其中C. ficifolia是整个系统树中最为原始的驯化物种且分歧时间早于该亚组另两个物种,表现出一年生以及适应高海拔山区及湿润气候的特性。(2)适应中等湿度气候的物种：C. pepo亚组,C. maxima亚组和C.argyrosperma亚组以及C. okeechobeensis亚组这四个平行进化的分类群。

其中,C. pepo亚组中的C. pepo ssp. fraterna和C. pepo var. texana 都是C.pepo亚组的野生类群,暗示其中至少发生了两次独立的驯化事件,其中C. pepo ssp. fraterna位于整个C. pepo亚组的基部,它也可能是C. pepo ssp. pepo 的祖先。C. maxima亚组包含C. maxima及其野生近缘类群C.maxima ssp. andreana以及半驯化的地方种C. ecuadorensis。

它们都是南美起源的类群,形成了具有高支持率的分支。本文的结果支持C.ecuadorensis早于C. andreana且起源独立。

C. argyrosperma亚组在本文的分析中也表现为独立的单系分支,其中具有两个驯化种,C.argyrosperma的野生近缘类群是C. argyrosperma ssp. sororia。

C. okeechobeensis亚组这一由野生物种组成的单系类群具有很高的自展值,包

含C. okeechobeensis ssp. martinezii和C. okeechobeensis ssp. okeechobeensis以及C. lundellianaa2.南瓜属植物分子钟研究南瓜属起源时间相对较晚,目前并没有发现其化石记录,我们通过外类群植物的化石记录等对南瓜属分子钟研究校准,以连接叶绿体四个片段序列并引入南瓜族11个属作为外类群进行了分子钟研究。

结果显示南瓜属是第三纪中新世中期与Peponopsis属分歧,时间约

15.65Myr前,适应干旱气候的物种主要是在第三纪中新世形成,上新世是适应湿润气候的主要物种形成时间。在第四纪各个亚组继续分化形成种及种下水平分类群,也是南瓜属内形成不同驯化植物的时期。