东亚广布物种黄水枝系统发育位置及谱系地理研究

Tiarella L., which belongs to Saxifragaceae, are perenial herbs with a unique eastern Asiia-western North America-eastern North America disjunct pattern (one species each in these three areas, respectively). Previous studies have revealed the phylogentic position of this genus and demonstrated that it was originated in the western North America. However, the phylogentic relationships and diversification history within the genus have not been resolved. The Asian endemic species, Tiarella polyphylla D. Don, has a wide distribution from the Himalayas all the way east to Hokkaido. It occupies two subkingdoms in East Asia, the Sino-Japanese subkingdom and the Sino-Himalayan subkingdom. The unique geographical distribution pattern makes it an ideal model to test the boundary of these two floristic regions and to reveal the cause of its formation. This study aims to elucidate the phylogenetic relationships of these three species of Tiarella based on genome skimming sequencing, and then choose RAD-seq to study the population lineage divergence, formation and dynamic history of population geographic structure, and impulsive ecological facotrs based on phylogeography and population genetics, and eventually to provide new evidence for understanding the process of lineage differentiation and speciation in East Asiatic floristic kingdom and the historical reasons of the formation of two subkingdoms (Sino-Japan and Sino-Himalaya).

黄水枝属为虎耳草科多年生草本，具有独特的东亚-北美西部-北美东部间断分布模式（在三个地区各分布1种）。前人研究已确定该属在整个科的系统位置并揭示其起源于北美西部，但属下种间系统发育关系及分化历史尚未得到解决。其中，东亚特有的广布种黄水枝分布从喜马拉雅至北海道的广大地区，横跨中国-喜马拉雅和中国-日本两大植物亚区，其独特的地理分布格局是从分子角度研究两大植物亚区的分界线及历史成因的理想模型。本项目拟基于基因组浅层测序技术首先对黄水枝属下种间系统发育关系及分化历史进行研究。随后，基于RAD-seq测序技术，通过亲缘地理学和群体遗传学理论和方法，研究该物种群体谱系分化、种群地理结构形成与动态历史、驱动生态因子，最终为全面理解东亚植物区谱系分化和物种形成过程以及中国-喜马拉雅和中国-日本两大植物亚区形成的历史原因提供新的证据。

黄水枝属是虎耳草科多年生草本植物，具有独特的东亚-北美间断分布模式。本研究基于高通量测序技术对黄水枝属系统发育关系，黄水枝谱系地理结构、全基因组测序以及蔷薇类植物的系统发育关系进行了研究。基于核ITS/ETS序列构建的系统树成功解决了黄水枝属的系统发育关系，即位于北美东海岸的心叶黄水枝最先分化出来，而分布于东亚的黄水枝与分布于北美西海岸的三叶黄水枝然后再形成姐妹类群。比较核基因与叶绿体基因组构建的系统发育树显示，黄水枝属与矾根属之间存在多次由古老杂交导致的叶绿体捕获事件。基于叶绿体基因ycf1基因构建的黄水枝单倍型网络图显示，祖先单倍型仅分布于湖北神农架的野生群体中，并且发现位于喜马拉雅山南麓的四个群体可能是该属中存在的1个隐秘种。基于Illumina，Nanopore以及Hi-C测序技术成功组装了黄水枝的全基因组序列。黄水枝全基因组大小为412.2 Mb，其中97.31%的序列被挂载到了7条染色体上。共线性分析显示黄水枝经历了一次全基因组加倍事件，即所有核心双子叶植物经历的γ六倍化事件。为了解析蔷薇类植物目之间的系统发育关系，我们利用被子植物mega353探针从38个代表物种中筛选到了122个共享的单拷贝核基因，并构建了联合一致性树和物种树。结果显示，与大多数研究结果不一致的是葡萄目应该作为蔷薇类植物的基部类群，卫矛目、金虎尾目与酢浆草目并不形成单系类群（即COM分支），且应该属于锦葵类分支中，缨子木目、牻牛儿苗目、桃金娘目与蒺藜目既不属于豆类分支也不属于锦葵类分支。

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