葡萄科植物的系统发育和多样化：关键创新与生境转变

Vitaceae is a family of pantropical distribution. Species of the family are extremely diverse in morphology; they can survive in different habitats and are specially adapted to rainforests and savannas. In this study, we will expand the taxon sampling to include 630 species of Vitaceae on the basis of previous studies, and reconstruct a robust phylogeny of Vitaceae based on seven DNA regions and data from chloroplast genome. Combining results of molecular dating, biogeographic reconstruction, character evolution, and diversification analyses, we will then explore the temporal and spatial distribution patterns of Vitaceae, its key innovations and responses to habitat shifts. We will further elucidate the origin and evolution of rainforests and savannas with Vitaceae as characteristic components of the two biomes. The study is significant for understanding the origin and diversification of Vitaceae, and will also provide insights into biodiversity conservation and maintenance in the tropical biomes.

葡萄科是一个泛热带分布的科。该科植物形态变异极其复杂，生境多样，尤其对热带雨林和热带稀树草原有着特殊的适应。本项目拟在前期工作的基础上，增加类群取样至630种，采用7个DNA片段和叶绿体基因组数据相结合的方法重建葡萄科可靠的系统发育关系；通过整合分化时间估算、生物地理重建、性状演化和多样化分析等结果，揭示葡萄科植物在世界范围内的时空分布格局、关键形态创新及其对生境转变的响应机制，并以该类群为指示植物探讨热带雨林和热带稀树草原的起源和演化历史。本项目的实施，不仅有助于深入理解葡萄科植物的起源和多样化，而且可为全球热带植物区系生物多样性的保护和维持提供理论依据。

探讨生物多样性的形成与进化机制是生物学研究领域的基本科学问题。葡萄科植物具有重要的经济和生态价值，广泛分布于各大洲的热带和亚热带地区，是研究生物多样性动态及适应机制的理想类群。本项目整合11个叶绿体片段和130个叶绿体全基因组数据组建了超矩阵，重建了葡萄科可靠的系统发生关系；在此基础上，结合时间估算、祖先分布区重建、多样化分析、生境重建以及性状进化分析等方法，揭示了葡萄科植物的起源与扩散式样，阐明了该科植物关键创新与生境转变之间的联系。主要研究成果包括：1）通过世界范围广泛取样，使用转录组、全基因组重测序和多基因数据，解决了乌蔹莓属、葡萄瓮属、崖爬藤属、地锦属等类群的系统位置和种间关系，发表葡萄科1新属、6新种和17个新组合；2）生物地理重建结果显示现存葡萄科植物可能于晚白垩世起源于亚洲大陆，总体呈现以亚洲为中心多次向全球其他地区扩散的模式；3）发现葡萄科经历了至少4次多样化速率的转变，干旱生境、肉质化性状具有较高的净分化速率，暗示该科植物可能正经历由依赖湿润生境向适应干旱生境的转变。在本项目资助下已发表SCI论文6篇，另有1篇接收、1篇待投稿。研究成果得到同行的认可和好评，有助于进一步理解全球热带植物区系生物多样性的形成与维持机制。