刚竹属及其近缘类群的系统学研究

刚竹属隶属于竹亚科青篱竹族，是经济利用价值非常大的一个属，但由于形态特征的相似性，该属中仍然存在很多分类学问题。本项目以刚竹属为主要研究对象，并根据经典分类系统和分子系统，选取大明竹属、赤竹属、鹅毛竹属和业平竹属作为近缘类群，箣竹属和单枝竹属作为外类群。拟采集刚竹属40种（该属总种数的80%），近缘类群每属2-5种，外类群每属选择2种，共约60种，开展形态学和分子系统学研究。选取3个核基因片段GBSSI、LEAFY和TPI，以及4个叶绿体片段rpl32-trnL、rps16-trnQ、trnC-rpoB和trnT-trnL进行系统发育重建，以解决刚竹属种间关系及该属与近缘属的关系。根据分子系统学的结果，探讨形态性状（如地下茎的通气道、箨鞘的斑点、花枝的形状）在刚竹属中的演化和分类学意义。本项目对解决青篱竹族深度分支的系统发育关系具有重要意义。

刚竹属隶属于禾本科竹亚科青篱竹族，具有重要的经济价值和生态效益。不同学者对刚竹属的分类和系统学已进行了多年研究，但依据形态学与分子生物学得到的研究结果存在不一致，之前研究所用的分子片段或分子标记方法在该属中分辨率较低，该属的分类、属内及属间的系统发育关系尚未得到很好的解决。本项目以刚竹属为主要研究对象，选取该属50个种（约占全部种数的90%），并根据经典分类系统和分子系统，选取大明竹属、赤竹属、鹅毛竹属、短穗竹属等青篱竹族19个属共38个种为刚竹属的近缘类群，箣竹族3个种为外类群，共91个种为研究材料，利用6个叶绿体非编码区片段，基于最大简约法、最大似然法和贝叶斯方法重建了刚竹属及其近缘类群的系统发育关系，研究结果表明刚竹属与短穗竹属及大明竹属、赤竹属等属的部分类群聚在同一分支内，由于6个片段的分辨率较低，未能够揭示刚竹属的最近缘类群以及刚竹属的内部类群关系。为进一步研究该属的系统发育关系，本项目利用水稻和短柄草的基因组数据以及毛竹和麻竹的转录组数据，使用OrthoMCL方法，筛选出74个单拷贝直系同源基因，并选择其中32个基因片段，使用二代测序技术对刚竹属及其近缘类群开展系统发育研究。基于单个基因构建的系统树之间存在冲突，对此本项目进行了基于溯祖理论的物种树推断、贝叶斯一致因子的计算和neighbor-network分析，分析结果显示刚竹属为单系，与鹅毛竹属最近缘，刚竹属内部类群的系统发育关系与基于形态特征的划分基本一致，刚竹组的类群与水竹组的类群分别聚成一支，研究结果同时揭示部分类群可能是杂交起源。在此基础上，本项目探讨了基因树之间冲突的原因及在刚竹属及其近缘类群演化过程中可能发生的历史事件，如谱系分选方式的异质性、杂交。本项目的研究结果对揭示青篱竹族的系统发育和演化具有重要意义。