基于叶绿体DNA的山茶属植物的分子系统学和生物地理学初探

基于叶绿体DNA的山茶属植物的分子系统学和生物地理学初探山茶属(Camellia)是山茶科(Theaceae)最大的一个属,也是较为原始的一个属。

根据经典的分类学方法,目前主要包括Sealy分类系统、张宏达分类系统和闵天禄分类系统,然而这三个分类系统在亚属(subgenus)、组(section)、种(species)的划分上一直存在较大的争议。

因此,进一步的结合分子系统学技术和形态学数据研究山茶属内的系统发育关系仍有重要的意义。

1)山茶属植物的系统发育与分类通过对山茶属植物样本采集,我们获得山茶属下4个亚属16个组,共计164个物种的实验样本。

以大头茶属的(Gordonia longicarpa H.T.Chang,G.acuminata Chang)和石笔木属的(Tutcheria hexalocularia Hu et Liang ex Chang)代表物种作为外类群。

通过分子生物学技术手段获取山茶属叶绿体(mat K,rbc L,ycf1,trn L-F)的基因片段,并采用三种系统发育数据分析方法(最大简约法、最大似然法以及贝叶斯推断)对山茶属植物的系统关系进行了研究。

分子系统发育分析构建的系统树主要分为A-M共13个分支:A和B分支主要由红山茶组物种组成,C和I分支基本由连蕊茶组成,毛蕊茶组物种也分布在这两个分支中;D和J基本由茶组构成;F基本为短柱茶组物种;G和M基本为糙果茶组物种;H分支主要为瘤果茶组物种,还包含了大部分半宿萼茶组;K和L则基本为金花茶组物种,以上结果表明张宏达依据形态学处理的分组均不为单系。

但由于多数系统发育树主要分支间互为平行,分支之间的系统发育仍未得到很好解决。

2)山茶属的祖先特征重建选取山茶属内的4个具有代表性的形态特征性状,采用无序简约法,并利用MESQUITE 3.11软件对山茶属的祖先特征进行历史重建。

研究结果揭示了山茶属的祖先特征为具长花梗,苞被分化,雄蕊基部合生,花柱不
同程度合生(先端3裂或5裂)。

花梗的祖征重建结果显示了山茶属原始类群是具长花梗的,并在分化过程中逐渐形成了短花梗及无花梗的类型,这一结果与闵天禄认为山茶属向花梗缩短的方向演化的理论相契合,与张宏达系统认为的山茶属原始类群花无梗相反。

花梗的缩短与苞被的分化在演化历程中存在一致性,即花梗缩短,苞被表现为未分化,这个结果支持了闵天禄对于苞被分化的假说。

3)山茶属的生物地理研究本文采用泛生物地理学方法对山茶属的分布模式
和进化进行了分析。

收集到161个物种的1731份地理分布资料,利用MARTITRACK 软件进行轨迹分析。

结果产生13条个体轨迹,形成10条共有轨迹,所有的共有轨迹都包含油茶组。

这一结果支持油茶组与其他分组存在共同的祖先分布区系。

山茶属内物种在云贵高原和横断山脉的存在较多的共同祖先分布区,推测中新世青藏高原迅速隆起对山茶属内物种的多样性分化起到了至关重要的作用。