大黄属低拷贝核基因的系统发育重建和物种分化研究

杂交与多倍化一直被认为是物种辐射式分化中的主要驱动力。但是，如何区分这一进化过程中的杂交与多倍化事件始终是进化生物学的难点之一。已有的研究发现大黄属物种分化过程存在辐射进化趋势，并且属内一些物种也为四倍体。在我们已超过万个叶绿体DNA序列碱基以及ITS克隆序列的系统发育研究基础上，本项目拟用低（或单）拷贝核基因-黄嘌呤脱氢酶基因(XHD）重建大黄属物种之间的系统发育关系，通过与已有的叶绿体DNA基因树比较，验证是否存在辐射进化式样，区分可能存在的二倍体杂交事件，和鉴定四倍体物种是杂交异源多倍化还是同源多倍化形成的。这些研究结果对于理解适应辐射物种分化过程本身，以及该过程中的杂交与多倍化和极端环境如何导致物种分化与适应机制等方面都具有重要科学意义。

本项目利用低拷贝核基因-黄嘌呤脱氢酶基因(XHD）重建了大黄属物种之间的系统发育关系，通过与已有的nrDNA ITS和叶绿体cpDNA基因树进行比较分析发现：1) 低拷贝XDH基因所构建的系统发育树，整个属的不同拷贝组成了一个独立的单系分支，证明了大黄属的单系起源性质，而其他属的拷贝独立成支后聚在一起；另外，该谱系树上的内部分支与邻近属物种分化的内部分支距离相比，都十分短，这与叶绿体基因树一样，也表明大黄属存在辐射进化，发生的原因可能是由于青藏高原的快速隆升和气候变化导致的；2）聚类分析时发现，二倍体物种所获得的XDH基因克隆序列并不组成单系群，而是与其他物种的基因拷贝序列聚在一起，表明该属物种分化过程中可能存在不完全的谱系筛选或杂交；3）四倍体物种天山大黄、小大黄和密序大黄的XDH基因克隆序列在基因树上分散在多个分支中，表现出杂合性，通过与已有的nrDNA ITS和叶绿体cpDNA基因树比较分析，推测该些四倍体物种是杂交异源多倍化形成而非同源染色体加倍形成；以上研究结果对于理解辐射物种进化过程本身，以及该过程中的杂交与多倍化导致物种分化与适应机制等方面都具有重要科学意义。