基于简化基因组测序(ezRAD-seq)对苏铁属暹罗苏铁分支的系统发育研究

Cycads have a primitive origin and are considered as one of the earliest diverging lineages of gymnosperms, and the study on systematics and evolution of Cycads are critical important to trace origin and evolution of seed plants. Cycas sect. Indosinenses is the third largest section within the genus Cycas in Cycadaceae family. This section majorly distributed in the Southwest China as well as the Indochina Peninsula region. Most of the species from this section occupy very limited distribution area with endangered status, making it an ideal group to study population genetics. In previous studies, we reconstructed the phylogeny of Cycas basing on several DNA markers, while the intra-sectional and interspecific relationships has not been deeply resolved for lack of informative sites as well as sampling. In this project, we are going to study the phylogeny of Sect. Indosinenses by applying the ezRAD-seq method, and to delimitate the species boundary within this section. In addition, we are aiming to reveal the genetic structure and gene flow between species from this section and the sympatric taxa, in order to offering insights for taxonomy and conservation guidelines. Basing on above practices, we are also going to discuss the practicability of ezRAD-seq to deeply resolve the intraspecific phylogeny within Cycas which have undergone recent radiation but possess large genome size.

苏铁类植物起源古老，是现存裸子植物的最早出分支之一。研究苏铁类植物系统与进化对追溯种子植物的起源与演化具有重要意义。暹罗苏铁组（Cycas sect. Indosinenses）是苏铁科苏铁属下的第三大组，主要分布于中国西南以及中南半岛地区，但多为狭域特有类群，且处于极度濒危状态，是开展保护遗传学研究的理想类群。之前基于DNA片段，我们重建了苏铁属的系统发育框架，然而受取样不够、信息位点不足的限制，无法理清组下种间的系统发育关系。本项目拟结合简化基因组测序（ezRAD-seq）的方法，在全面采样的基础上重建暹罗苏铁组的系统发育，以深度解决该组的组下种间关系，明晰物种界限；并探究该组下成员与其同域分布的近缘类群之间的遗传结构和基因流，为物种分类和保护提供依据。同时基于上述实践，探讨简化基因组测序技术ezRAD-seq方法在解决苏铁属这类大基因组类群系统发育的适用性。

苏铁类（Cycads) 植物是现存最古老的种子植物。其中，苏铁科仅具苏铁属（Cycas）一属，该属主要分布在古热带地区，跨越了亚洲、大洋洲和非洲，是现存苏铁类植物中物种多样性最高且分布最广的一个类群。中南半岛是苏铁属暹罗苏铁组（sect. Indosinenses）的分布和多样化中心，然而我们前期基于分子片段的系统发育研究不能很好地解决暹罗苏铁组的系统发育关系，该组下的物种界定和种间遗传渐渗情况尚不清楚。本项目通过探索和优化ezRAD建库流程，总结出一套低成本且有效适用于苏铁属类群的文库构建方案。通过对暹罗苏铁组及其同域分布的类群进行简化基因组测序和系统发育重建，我们评价了不同数据矩阵以及不同建树方法对系统发育结果的影响。结果表明，使用双端数据和允许更多的缺失数据有利于提高系统发育树的支持率；不同建树方法对系统发育的拓扑结构会产生较大的影响，而使用串联的数据矩阵则更能得到与形态一致的系统发育关系。基于最佳的数据矩阵所构建的系统发育树和遗传结构分析的结果表明：1）分布于中南半岛北部的类群独立于南部的物种类群；2）所有类群可以分为三组，对应了该区域分布的苏铁属下的三个组：蕨叶苏铁组、暹罗苏铁组以及苏铁组；3）分布于中南半岛近沿海区域的类群相比内陆分布的类群存在更多的苏铁组相似的遗传成分，而内陆的类群主要受到来自于蕨叶苏铁组成分的渐渗。这些结果暗示这些暹罗苏铁组还未经历完全的谱系分选，且可能存在与其他组的杂交渐渗。最后，本研究还澄清了一些物种界定问题，例如来源于泰国Chumphon的C. clivicola被证实为分布最南篦齿苏铁居群；分布于越南南部的和印度的篦齿苏铁类群构成一支独立于其他篦齿苏铁的分支，可能代表了一个新的分类群。本研究首次从基因组尺度的数据探究了苏铁属植物属下分支的系统发育和遗传渐渗等问题，为中南半岛苏铁属的进化和保护提供了重要参考。