倪藤类植物的系统位置与分子进化研究

倪藤类是现存裸子植物的四大支系之一，无论在形态结构还是分子进化方面均非常独特，其系统位置一直是种子植物系统发育重建中的热点问题。此外，由于裸子植物的基因组庞大而复杂，至今人们对其知之甚少。本项目选择倪藤类的一个二倍体物种（膜果麻黄），在构建其全长均一化cDNA文库基础上，挑选大量的克隆并测序，将获得的cDNA序列与百岁兰科和倪藤科的EST序列进行比较分析，并结合其它代表性植物类群的EST、cDNA及基因组序列，开展比较和进化基因组学研究，揭示倪藤类植物的基因组特点和分子进化模式；同时，参考已有的代表性维管植物的基因组序列，从膜果麻黄cDNA文库中筛选出散布于整个基因组的大量单、低拷贝基因，测定全长cDNA序列，并结合PCR扩增等技术从基因组中获得该物种及其相关类群的一些直系同源基因序列，最后利用多种方法对大量的核基因进行分子进化和系统发育重建分析，探讨倪藤类在种子植物中的系统位置。

倪藤类植物包括麻黄科、倪藤科和百岁兰科，共约80-100种，其系统位置和分子进化模式一直是种子植物进化生物学研究的热点问题之一。本项目利用多种方法构建了种子植物的系统发育关系，揭示了倪藤类的系统位置和分子进化式样。在此基础上，还对倪藤类中物种多样性最高的麻黄属进行了物种形成和群体分化研究。结果如下：（1）基于两个核基因LFY和NLY构建的种子植物系统发育关系和分子钟分析显示苏铁类为裸子植物的最基部类群，倪藤类与松柏类的亲缘关系最近，裸子植物进化早期发生了大量绝灭事件，现存松柏类植物在北半球保留了更多古老类群；（2）基于转录组中的直系同源基因进行的系统发育和分子进化分析显示倪藤类与松科为姐妹群，倪藤类较快的进化速率和大量的平行进化位点可能是导致其系统位置在基因树间冲突的主要原因；（3）基于叶绿体DNA的分析表明青藏高原及周边地区的麻黄属物种可分为三个支系，且物种分化与青藏高原隆升和亚洲内陆干旱化有密切关系；（4）分布于青藏高原及周边地区的麻黄属多倍体物种均为异源四倍体，这种高频率的多倍体物种形成可能与其生物学特性有关。