防己科的系统发育和多样化与现代热带雨林的起源和进化

Modern tropical rainforests represent the most diverse terrestrial biomes on the planet. However, the timing, location and mechanisms of their diversification remain poorly understood. Menispermaceae, a paratropical liana family, is regarded as a key indicator of modern tropical rainforests, and therefore offers a remarkable opportunity for studying their origin and evolution on a worldwide basis. In this proposal, we will use a greatly enlarged taxon sampling (ca. 250 species, representing the generic and species diversity of the family). Based on morphology in combination with six DNA sequence data, including plastid rbcL, atpB, matK, ndhF, and trnL-F, and nuclear ITS, we will first reconstruct a robustly species-level phylogenetic framework for the family, which contains extant and extinct taxa. By integrating phylogenetic, molecular dating, biogeographic, and diversification rate methods, we will then investigate the temporal and spatial diversification pattern of the Menispermaceae on a global scale, explore possible environmental factors responsible for the evolutionary success, and consequently elucidate the origin of modern tropical rainforests and evolutionary dynamics of its biodiversity over time. By this proposal, we will gain new insights into the origin and evolution of modern tropical rainforests.

现代热带雨林是当前陆地生态系统中生物多样性最高的生物群区。可是，它们起源的时间、地点，以及生物多样性进化的动态规律仍然不清楚。作为泛热带分布的木质藤本科和现代热带雨林的指示成分，防己科是研究现代热带雨林起源和进化的理想类群。在已有研究的基础上，本项目拟选取防己科植物约250种，代表了属级及种级水平的多样性，利用6个DNA片段和形态性状重建包括现生和化石类群的系统发育树；整合系统发育、分化时间、生物地理、多样化等分析方法，阐明世界范围内防己科植物的时空多样化式样和环境制约，揭示现代热带雨林的起源和生物多样性动态变化的规律和机制。通过本项目研究，不仅有助于深入理解热带雨林的进化历史，而且可为热带雨林的保护和可持续利用提供理论基础。

现代热带雨林是地球上生物多样性最高的陆地生态系统，其生物多样性的起源和动态变化的规律是进化生物学和生态学领域共同关注的基本科学问题。作为泛热带分布的木质藤本科和现代热带雨林的指示成分，防己科是研究现代热带雨林起源和进化的理想类群。本项目利用自测序列和GenBank中的数据，解决了防己科亚科、族水平的分类学问题；澄清了科内一些疑难类群的分类学和系统学问题；探讨了不同大陆热带植物区系之间的历史联系及其生物多样性动态变化的规律。主要成果概括一下几点：提出了世界防己科亚科、族水平的新分类系统；重建了青牛胆属、新热带异子藤族和粉绿藤族的系统发育关系，建立了2新族、2新属，恢复5属，归并1属；在系统发育背景下探讨了青牛胆属、新热带异子藤族和粉绿藤族的生物地理分布格局及其成因；整合分子和化石证据重建了包括现生类群和化石类群的防己科属级水平的系统发育树；选取263个防己科物种，利用利用8个DNA片段重建了该科种级水平的系统发育树，提出了“白垩纪-古近纪交界时期和始新世是防己科快速分化的关键时期”的观点；对植物分子系统学如何准确利用腊叶标本和公共数据库中的数据提出了建议。在本项目资助下已发表论文14篇（SCI论文11篇），另有3篇已投或待投。