爵床科恋岩花属的系统位置及其物种分化研究

Traditionally, Echinacanthus Nees is a genus of Acanthaceae. It comprises five species and has biogeographically disjunctions between west Himalayan regions and the neighboring regions of SW China and N. Vietnam. Recently studies showed that Echinacanthus s. l. is not monophyletic and the species in China and Vietnam represent an unpublished new genus Sinoacanthus. Sinoacanthus is one of endemic genera in Sino-Vietnamese karst regions. In present program, phylogenetic position of Echinacanthus and Sinoacanthus will be reconstructed based on the studies of morphological and molecular evidence. The nuclear diversity and species differentiation with Sinoacanthus will be investigated using chloroplast sequences. This study has great significance to phylogeny of Acanthaceae and speciation in karst landform.

传统的恋岩花属Echinacanthus s. l. (爵床科) 有4种，间断分布与我国西南地区与越南北部交界的喀斯特地区和西喜马拉雅的不丹、尼泊尔和印度。但最近的研究表明它不是一个单系类群，产于我国和越南北部的类群应为一未发表的新属-Sinoacanthus, 中文名沿用恋岩花属，而Echinacanthus的中文改为芒药爵床属。但是，由于研究材料有限，恋岩花属的系统位置仍有待研究。恋岩花属是中国-越南喀斯特地貌的特有植物，物种形态分化明显，分布区相对独立，是研究该区物种形成和分化的典型材料，本项目在形态学研究基础上，利用分子生物学的研究手段，研究恋岩花属和芒药爵床属的关系，确定恋岩花属的系统位置。同时通过全面的居群取样，利用DNA测序技术，分析恋岩花属内各种的遗传结构和种间分化。本项目对解决爵床科的系统发育及探讨喀斯特地区植物物种形成及分化具有重要意义。

在传统恋岩花属（Echinacanthus）研究的基础上，新拟了恋岩花属（Sinoacanthus），该属为中越喀斯特地区特有植物类群，本项目对恋岩花属做了四方面研究：（一）系统位置：分子生物学结果表明恋岩花属隶属于爵床科 Ruellinae族Erantheminae亚族；（二）分类学：通过野外调查、形态学、孢粉学及分子生物学研究，该属包括6种植物，分别为黄花恋岩花、长柄恋岩花、腺毛恋岩花、平果恋岩花、龙州恋岩花及谅山恋岩花；（三）叶绿体基因组：恋岩花属叶绿体基因组大小为151333-152656bp，为环状四区域结构，共112个基因，通过比较，恋岩花属内主要的差异区域为trnK-rps16、trnT-psbD、rps2-trnV、ycf1和rrn16；（四）物种形成与分化：1. 通过4个叶绿体基因片段对41个居群202个个体进行谱系地理学研究，结果表明恋岩花属具有显著的地理构造，遗传多样性较高，不同物种或谱系之间有较低的遗传分化，居群间有较高的遗传分化水平。共有80个单倍型，分为三大谱系，NW谱系分布在云南贵州边界云贵高原上；NE谱系分布于广西贵州交界的宜山弧；S谱系沿着广西弧宜山弧西翼到贵州罗甸。恋岩花属物种形成方式为异域物种形成，物种通过踏脚石模型进行居群扩张，居群由于喀斯特“陆地-岛屿”生境阻碍了扩张。2. 通过RADseq技术对34个居群212个个体进行简化基因组测序，结果表明恋岩花属分为两个支系：（1）长柄恋岩花与龙州恋岩花近缘，广西龙州地区可能为两物种的起源分化中心，长柄恋岩花由广西宁明到越南宣光后向地势较高的云贵高原及相对地势较低的越南北部和广西靖西分化；（2）平果恋岩花为基部类群；谅山恋岩花推测为由龙湾乡黄花恋岩花异域形成；腺毛恋岩花位于宜山弧东翼分化成独立的物种；黄花恋岩花分为三大支，分别位于宜山弧弧顶附近，广西境内的云贵高原上及远离弧顶至贵州南部地势相对平缓的区域，由云贵高原逐步沿着宜山弧及南部相对平缓地区进化。两部分结果存在部分冲突的原因一方面是信息位点不足，另一方面是由于不完全谱系分选、杂交、基因渐渗等导致。本项目为中越喀斯特地区和爵床科的物种形成与分化机制的研究奠定了基础。