广义李属（蔷薇科）的系统发育及花序和花器官的演化规律研究

Flowers and inflorescences have important taxonomic value and their developmental process provides abundant information for systematics and evolution. Prunus s.l. (Rosaceae) is an economically important source of various fruits and ornamentals. Our preliminary investigations demonstrated that Prunus varies with respect to inflorescence types and floral organs. Unfortunately, their development and evolution are still unclear. At the same time, the phylogenetic relationships in Prunus remain unresolved, because previous studies used only few molecular markers or few samples. In this project, we will reconstruct a robust phylogeny of Prunus using 40 representative species and outgroups from chloroplast genome sequences obtained by next-generation sequencing and 10 low-copy nuclear genes. We will investigate the formation and development of the inflorescences and floral organs of 22 species using scanning electron microscopy. Lastly, we will reconstruct the ancestral states of flower and inflorescence characters based on the phylogenetic hypothesis. Our work not only will help to resolve remaining questions regarding the phylogenetic relationships in Prunus, but it also will provide fundamental new insights on the evolution of reproductive systems in the genus. Apart from these basic research results, our work will have applications in plant breeding of horticultural varieties and wild resource protection of Prunus.

花及其组成的花序具有重要的分类学价值，它们的发育过程蕴含了丰富的系统演化信息。蔷薇科广义李属集中了许多水果类和观赏类植物，具有重要的经济价值。由于以往研究采用的分子标记偏少或取样有限，李属属下系统发育关系仍无定论。同时，该属的主要分类性状—花序和花器官形态变异丰富，但它们的形成和演化规律仍不清楚。本项目拟选择李属各亚属、各支系及外类群共40个代表性物种，采用二代测序技术获取叶绿体基因组序列，同时结合10个低拷贝核基因序列，重建李属的系统发育框架；利用扫描电子显微镜观察各分支和各种形态变异类型共22个代表性物种花序和花的发生发育过程；最后，在系统发育框架下，通过祖先状态重建分析，探讨李属花序和花器官形态及发育性状的演化规律。本项目的实施，不仅有助于完善李属属下系统发育关系，阐明花序和花器官多样性的形成和演化规律，也为李属植物育种和资源的保护开发提供参考，具有重要的理论价值和现实意义。

花及其组成的花序具有重要的分类学价值，它们的发育过程蕴含了丰富的系统演化信息。蔷薇科广义李属集中了许多水果类和观赏类植物，具有重要的经济价值。本项目选择李属各亚属的代表性物种，利用叶绿体基因组和核基因序列，重建了李属的系统发育框架；利用扫描电子显微镜观察了各分支代表性物种花序和花的发生发育过程；在系统发育框架下，探讨了李属花序和花器官形态及发育性状的演化规律。结果表明，广义李属构成单系，属内可分为三大支，单花类、除Microcerasus以外的伞花类和总状花序类，三支的单系性均得到了强支持。桃亚属、李亚属与杏亚属成员相互嵌套。稠李亚属和桂樱亚属不构成单系，臭樱亚属和臀果木亚属构成单系，分别嵌套在稠李亚属和桂樱亚属中。李属基于核基因和基于叶绿体基因组的系统发育框架类似，但核基因支持Padus、Armeniaca和Microserasus分别形成单系。桂樱亚属总状花序的顶花正常发育，稠李亚属花序的顶花退化。桃亚属、李亚属、杏亚属、樱亚属的花序发育早期有不同程度的小花原基败育现象。李属总状花序是祖先性状，进而退化形成伞形花序或单花；开花数量由多数到少数演化。臭樱亚属和臀果木亚属的花被片在早期是分化的，萼片和花瓣成熟形态相似是次生的获得性状。雄蕊轮数由3轮向6轮或4轮演化；胚珠均倒生、多具双珠被，在樱亚属、臭樱亚属和臀果木亚属中为单珠被，存在珠被退化的现象。本研究不仅完善了李属属下系统发育关系，阐明了花序和花器官多样性的形成和演化规律，也为李属植物育种和资源的保护利用提供参考。