基于RAD-seq技术的中国葡萄属葛藟葡萄支系的系统发育研究和分类修订

The genus of Vitis is an important group both agriculturally and economically. Our previous study indicated that subg.Vitis is divided into two clades of Vitis from New World and Vitis from Eurasia. Most species of the clade of Eurasian Vitis are distributed widely in China, and divided into three clades. One of three clades is Vitis flexuosa clade which included 10 species and 4 vatietas. These studies provide a phylogenetic frame for this proposal. Vitis flexuosa clade is a difficult and complex group. The taxonomic evidences of taxa in the clade are mainly on quantitative chatacters in morphological variations. The clade is riddled with difficulties in resolving its phylogeny due to widespread introgression and clinal variation masking the taxonomic boundaries. Previous studies on Vitis flexuosa clade focused on the morphological taxonomy, but several morphological studies phylogenetically disagreed each other. So the clade is the taxonomic dispute focus in the genus of Vitis distributed in China. The analyses based on sequences of single and multiple genes did not obtain the well resolution of phylogeny of Vitis, as well as Vitis flexuosa clade. RAD-seq technology which can provide large-scale gene sequences, is a powerful tool to resolve the deep relationships of complex and rapid diversification groups. In this proposal, we are to employ RAD-seq to resolve the deep phylogeny of Vitis flexuosa clade at the population and genomic levels. We also are to resolve the taxonomic revision based on the evidences of molecualr phylogeny and morphological variation.

葡萄属具有重要的农业和经济意义。申请人前期研究表明葡萄属中的葡萄亚属分为新世界支系和欧亚支系，欧亚支系中绝大多数种类在中国广泛分布，又分为三个支系，其中葛藟葡萄支系共包括10种4变种，为本项目提供了一个基本系统框架。葛藟葡萄支系是一个系统分类疑难和复杂类群，主要分类依据是以数量性状为主的形态变异，而该支系内存在广泛的渐渗和地理渐变掩盖了分类界。以前对该支系的研究主要是形态分类处理，但是彼此不一致，该支系成为中国葡萄属系统分类的争议集中之所在。单基因和多基因分析都不能对葡萄属提供足够的分辨率，也不能解决葛藟葡萄支系的系统问题。通过RAD-seq技术可以提供大规模基因序列信息，是解决复杂类群和快速分类系统发育的有力手段。本项目拟通过居群采样策略，利用RAD-seq技术对中国葡萄属葛藟葡萄支系进行系统发育研究，在居群和基因组水平上解决该支系的系统发育，并在此基础上结合形态变异式样进行分类修订。

葡萄属葛藟葡萄支系是一个系统分类疑难和复杂类群，主要分类依据是以数量性状为主的形态变异，而该支系内存在广泛的渐渗和地理渐变掩盖了分类界。以前对该支系的研究主要是形态分类处理，但是彼此不一致，该支系成为中国葡萄属系统分类的争议集中之所在。本项目拟通过居群采样策略，利用RAD-seq技术对葛藟葡萄支系进行系统发育和分类学研究。主要得到以下研究结果：.. 第一，通过对葛藟葡萄支系89个样品进行RAD测序，获得150.66GB的原始数据，经过滤后，获得963 MB的清洁数据，鉴定出1,093,924个SNPs供后续分析使用。建立了高支持率的葛藟葡萄支系系统发育关系。系统发育推断表明葛藟葡萄支系绝大多数种类是单系的，菱叶葡萄、葛藟葡萄、小叶葛藟、华南美丽葡萄和一个未定种1（V. sp. 1）关系密切，聚为一支。但是，葛藟葡萄和小叶葛藟虽然是种和变种的关系，但是没有聚为一支。小果葡萄、蘡薁和华东葡萄三种关系密切。未定种2和3（V. sp.2/V. sp.3）的一些样品混杂在未定种3（V. sp.3）的样品中，形成一个复杂群体，与小果葡萄形成姊妹群。.. 第二，重建了葡萄亚属攀援能力、卷须分枝、叶片性状、叶背被毛情况、叶片开裂情况、毛状体类型6个形态性状的祖先特征性状。在葛藟葡萄支系89份样品通过RAD测序建立的系统发育关系中，小叶葛藟所有个体聚在一起，但是没有与葛藟葡萄聚在一起。结合形态学分析，我们认为小叶葛藟不是葛藟葡萄的一个变种，而是应该恢复其原有的种的地位。同时，我们认为未定种2和3的复合类群（V. sp.2/ V. sp.3）应该被描述为一个新种，新种的发表工作正在进行中。.. 第三，对山葡萄、陕西葡萄、秋葡萄和变叶葡萄等四种47份东亚葡萄样品进行RAD测序，获得111.16GB的原始数据，过滤后，获得107.32 GB的清洁数据，鉴定出915 481个SNPs 供进一步分析，检测了自然杂交和基因渐渗，分析了网状进化。四种东亚葡萄显示出复杂的进化模式，山葡萄是单系，陕西葡萄、秋葡萄和变叶葡萄不是单系。陕西葡萄、变叶葡萄和秋葡萄之间存在基因渐渗，它们之间存在明显网状进化。