兰科槽舌兰属在横断山地区的时空进化式样

Hengduan Mountains is one of 25 biodiversity hotspots in the world, and its sources and mechanisms of biodiversity are complicated, which attract the attention of biologists. Many orchids distribute and are endemic in the Hengduan Mountains, but the evolutionary process is incomplete and lack of evidence. Therefore, it is highly necessary to reveal the mechanism of speciation and rapid radiation of Orchidaceae, and it will be vital to sustainable conservation of orchids in the Hengduan Mountains. Based on our prior studies, Holcoglossum (Orchidaceae) comprises about 16 species, and is divided into three sections. Holcoglossum sect. Sorotylos includes 6 species restricted to the Hengduan Mountains. These species form polytomy and have little genetic structure differentiation. In addition, the habitats, vegetative traits and pollination syndromes of this section display remarkable diversity. These features make it as an ideal model to study speciation and radiation in the Hengduan Mountains. By integrating phylogenetic, phylogeographic and molecular dating, we will investigate the temporal and spatial evolutional patterns and genetic diversity in Holcoglossum; through associated with morphological evolution, and niche divergence inferring methods, we will explore the correlation between key innovations and ecological opportunities, and consequently elucidate the evolutionary dynamics of Holcoglossum sect. Sorotylos in the Hengduan Mountains. In a word, this proposal will be significant for understanding sustainable biodiversity conservation, and also be attributable to reveal the species diversity and endemism in Hengduan Mountains.

横断山地区是全球生物多样性热点地区之一,该地区生物多样性的来源和形成机制十分复杂,深受进化生物学家关注。兰科植物在横断山地区分布广泛、种类丰富，特有性很高，但该地区兰科植物的来源和分化机制的研究十分缺乏，尚处于起步阶段。本项目拟在以前研究的基础上，以槽舌兰属高山组植物为研究对象，利用7个叶绿体DNA片段，重建该组的系统发育关系。然后整合系统发育、谱系生物地理和分化时间估算、性状进化推断和生态位分化分析等方法，阐明高山组植物在时间和空间上的进化式样，探讨关键性状和生态环境因子等在槽舌兰属高山组类群在横断山地区快速分化中的联系，从而揭示该类群物种形成的机制。本项目的实施将推动横断山地区兰科植物物种分化研究，并为横断山地区生物多样性和特有性来源提供参考。

横断山地区是全球生物多样性热点地区之一，该地区生物多样性的来源和形成机制十分复杂，深受进化生物学家关注。本项目选取了广义槽舌兰属已知的16种植物，并利用11个叶绿体DNA片段（atpH-I, matK, psbA-trnH, psbK-I, rbcL, rpoB, rpoC1, rpS12-rpL20, trnL-F, trnS-fM, trnS-G）和核基因ITS序列，构建了的槽舌兰属的系统发育关系。时间估算结果显示槽舌兰属植物起源于7.63百万年，随后热带组在5.56百万年分化出来，中间组和高山组在3.14百万年分开。高山组5个种类在1.06百万年内形成。生物地理分析结果表明，DEC+j模型是槽舌兰属植物生物地理分析的最优模型，现存的地理格局是有6次扩散事件和1次隔离分化事件导致的。槽舌兰属植物起源于热带地区，在中新世末期和上新世时，随着河流的发育、常绿阔叶林特别是硬叶林向北的扩张，槽舌兰属植物扩散到云南高原地区和横断山地区，并就地发生了快速物种分化。结合分子证据和标本记录，槽舌兰属植物三个组呈现明显地从热带到温带高山、从低海拔区域向高海拔区域扩散的趋势。.高山组植物在1.02百万年内完成了5个种的分化，性状重建结果表明高山组5个种类的差异显著的形态性状为自衍征，是各自适应横断山地区特殊环境的结果，与物种分化没有直接关系；但高山组类群的甲虫传粉、蜂类传粉和自花传粉在推动高山组植物在横断山地区立体复杂环境中扮演了重要角色。外部环境因子中与降雨量相关的环境变量对槽舌兰属高山组植物的地理分布有重要影响。高山组现存的地理格局与横断山地区金沙江、澜沧江、怒江三条大江的分布有密切关系，该结果对研究横断山地区河流的分布影响植物类群地理格局提供了新线索。而且，作为横断山区常绿林的指示类群，反映出其主要附主植物——高山硬叶林在上新世已经在海拔2000米的横断山地区形成，这一结果与已有的硬叶林化石的记录相吻合，为亚洲常绿阔叶林晚第三纪至第四纪期间的动态变化提供了证据。