西南地区杨属植物的分子系统发育和分类研究

Populus is recognized as one of the most difficultly classified groups in plant taxonomy. At present, the huge difference of the populus classification between the domestic and foreign and the unclear relationship among species, as well as the ambiguous status of some suspected species limit the scientific researches and utilizations of Populus plants. Southwest China, as a natural distribution and variation center for trees of the genus Populus in China, is also the most controversial areas of Populus classification. To discover the phylogenetic relationships and improve the classification of Populus, 27 typical poplar species with clear genetic background are used as referenced species and 22 suspected species which belonged to Sect. Tacamahaca and and Sect. Leucoides are used as the major researches materials in the study. The nuclear genome SSR analysis and nrDNA ITS sequecnse, cpDNA sequence , RNA-Seq and SNP sequence, as well as the tradition morphological classification, geographical and spatial distribution analysis, hybrid compatibility test and growth observation will be combined to study and identify the classification and phylogenetic relationships of Populus plants. By the result, a reasonable phylogenetic tree of Populus will be reconstructed to probe the genetic relationship of Populus species and to determine the taxonomic status of some suspected species. In addition, some suggestions on revision the current classification of Populus will be proposed based on the research results.

杨属（Populus）被公认为植物中少数分类学上难度最大的类群之一。当前，国内外杨属分类系统间的巨大差异，种间系统发育关系不清楚，部分分类群地位的不明确，限制了杨属植物的科学研究和开发利用。西南地区是我国青杨组的分布和变异中心，也是杨属分类争议最多的地区。本研究以世界范围内的27个杨属典型种为遗传背景材料，以西南地区青杨组和大叶杨组中的22个争议分类群为目标对象，在准确物种鉴定的基础上，开展以基于核基因组SSR、nrDNA ITS、cpDNA trnL-trnF, psbA-trnH, trnT-trnL序列和SNP的分子系统发育研究为重点，包括传统形态分类、地理和空间分布格局分析、杂交可配性测试和生长发育观测等在内的系统分类综合研究。研究结果将重建更为合理的杨属系统发育树，基本探明参试分类群的系统进化和亲缘关系，确定部分争议分类群和疑似新分类群的分类学地位，并对当前分类系统提出修订建议。

杨树是杨属植物的统称，也是世界上分类难度最大的生物类群之一。目前，世界杨属分类都还处于传统形态分类阶段，且中美两国杨属分类系统存在很大的分歧。在国内，尚有较多分类群的分类地位存有争议，一些相近分类群的鉴定很困难。这对杨属植物的科学研究和开发利用带来了很大的不利。青藏高原区是世界杨属植物的现代分布和变异中心，也是分类最困难，存疑分类群最多的区域。本项目针对青藏高原及周边地区的杨属青杨组和大叶杨组的全部分类群，在以分类学为主的野外调查中，首次发现8个新分类群。通过对所有分类群典型种群的寻找和调查，获得了大量的，以前所没有的详尽形态和分布信息。在此基础上，采集31个分类群（含1个外类群）的典型样株繁殖材料650多份，营建同质园，并支撑建立青藏高原区第一个国家级林木种质资源库。进一步，依托同质园，开展生长、形态和无性系育种等工作，同时从园中采集31个分类群的159个基因型材料，进行全基因组重测序和进化生物信息学分析。最后综合形态学、基因组进化生物学、生物地理学、生态学、栽培学等信息，构建起青藏高原区迄今最详尽杨属植物系统演化网络，并对一些分类群的分类地位进行了修订。此外，本项目还发现种间自然杂交是杨属新分类群增加，老物种灭绝，生物多样性的增加的第一驱动力，并进一步提出“杂交灭祖进化假说”。这些研究结果为包括育种在内的杨属植物科学研究和开发利用，奠定了更加科学的进化和分类学基础，同时也有助于生物进化理论的完善。