鳞毛蕨科、叉蕨科和藤蕨科的分子系统学研究

利用叶绿体rbcL和atpB基因对鳞毛蕨科、叉蕨科和藤蕨科进行了系统发育重建。对鳞毛蕨科的范畴和科下划分进行了重点研究，同时基于叶绿体rps4-trnS和trnL-F序列对该科三个东亚特有属（玉龙蕨属、柳叶蕨属和鞭叶蕨属）的分类等级进行了研究，基于rbcL、atpB和accD基因重新讨论了拟贯众属的系统位置。主要内容包括： 1.鳞毛蕨科的界定及三个东亚特有属的系统位置 利用rbcL和atpB基因，探讨了鳞毛蕨类及其近缘类群的系统发育关系。取样包括了鳞毛蕨类所有主要的分类群，尤其是增加了中国和东亚地区的类群代表。两个基因片段的联合分析较好地解决了鳞毛蕨类及其近缘类群的系统发育关系。研究结果显示广义鳞毛蕨科是个多系类群，传统上置于鳞毛蕨科中的蹄盖蕨类athyrioid、球子蕨类onocleoid和叉蕨类植物tectarioid均应该从鳞毛蕨科分出而独立成科。我们的研究结果支持Smith et al.（2006）对鳞毛蕨科的重新界定，但被作者暂时置于鳞毛蕨科的三个属：大膜盖蕨属Leucostegia、肿足蕨属Hypodematium和Didymochlaena应该从鳞毛蕨科分立出去;红腺蕨属Diacalpe、毛枝蕨属Leptorumohra和黔蕨属Phanerophlebiopsis应该作为鳞毛蕨科的成员，同时被Smith et al.（2006）保留在叉蕨科的黄腺羽蕨属Pleocnemia也应该作为鳞毛蕨科成员。鳞毛蕨科下分为四个主要的分支：鳞毛蕨支dryopteroids、耳蕨支polystichoids、肋毛蕨支ctenitoids和舌蕨支elaphoglossoids。鳞毛蕨支和耳蕨支互为姐妹群，舌蕨支是其他三个分支的姐妹群。 玉龙蕨属Sorolepidium、柳叶蕨属Cyrtogonellum和鞭叶蕨属Cyrtomidictyum是鳞毛蕨科中的三个东亚特有属，这三个特有属的分类等级和系统位置在不同的分类系统中存在争议。本文对rbcL基因进行分析并结合孢子扫描电镜观察，不支持玉龙蕨属成为一个独立的属，而应该作为耳蕨属的异名。利用rbcL、atpB、trnL-F和rps4-trnS四个DNA片段对柳叶蕨属和鞭叶蕨属进行的系统学分析，支持鞭叶蕨属作为一个独立的属，并且位于整个耳蕨类植物的基部位置。柳叶蕨属同耳蕨属近缘，尤其是同耳蕨属的细裂耳蕨组Sphaenopolystichum、半开羽耳蕨组Haplopolystichum和戟叶耳蕨组Crucifilix关系较近。但是柳叶蕨属的分类等级以及与耳蕨属的属间界限尚需要进一步研究。 2.叉蕨科的分子系统学研究 对rbcL和atpB两个基因片段的单独和联合分析均表明，秦仁昌定义的叉蕨科Tectariaceae不是一个自然的单系类群。在系统发育树上，肋毛蕨属Ctenitis、轴鳞蕨属Dryopsis、节毛蕨属Lastreopsis和黄腺羽蕨属Pleocnemia与鳞毛蕨科聚在一起构成一个强支持的分支。当把上述四个属排除以后，叉蕨属Tectaria、轴鳞蕨属Ctenitopsis、地耳蕨属Quercifilix、牙蕨属Pteridrys和沙皮蕨属Hemigramma形成一个单系类群，并得到很好的支持，该单系类群同条蕨科、骨碎补科和水龙骨科形成姐妹群关系。该单系类群同目前Smith et al.（2006）对叉蕨科的定义一致。在rbcL基因单独分析中，爬树蕨属Arthropteris同叉蕨属－沙皮蕨属聚在一起，但支持率较低。 3.藤蕨科的分子系统学研究及拟贯众属的系统位置 根据对薄囊蕨类114个分类群的rbcL基因和30个代表类群的rbcL、atpB和accD基因的系统发育分析，发现传统的藤蕨科Lomariopsidaceae不是单系类群，除了藤蕨属和Thysanosoria仍然为藤蕨科成员外，藤蕨科的主要成员（实蕨属Bolbitis、网藤蕨属Lomagramma、舌蕨属Elaphoglossum和Teratophyllum）同鳞毛蕨科植物聚在一起，因此应该被归并到鳞毛蕨科。根据Smith et al.（2006）对藤蕨科的最新定义，藤蕨科包括藤蕨属Lomariopsis、肾蕨属Nephrolepis等在内的4个属。但是本文的研究不支持把肾蕨属作为藤蕨科成员，而应该作为一个独立的分类单元，即成立肾蕨科更为合适。根据我们的分析，拟贯众属Cyclopeltis既不是鳞毛蕨科也不是叉蕨科成员，而与藤蕨属Lomariopsis聚成一个强支持的姐妹群。叶片奇数一回羽状、侧生羽片以关节着生于叶轴，叶脉游离等形态特征支持两者的近缘关系。

长花马先蒿的居群遗传变异与生物地理学

青藏高原地区是我国植物物种多样性和特有性最高的地区，且作为东亚植物区系的一个现代分化中心受世人瞩目。长花马先蒿是青藏高原高山草甸的广布种，其地理分布格局的形成与高原的隆升和气候变迁有着密切关系。因此，对长花马先蒿进行谱系生物地理学研究，有助于探讨青藏高原地区物种快速分化的机制和群体建立过程。 本研究对长花马先蒿11个居群、188个个体的叶绿体DNA trnT-trnF区进行了序列分析，发现该片段的长度变异范围为1441-1472bp。对位排列后的矩阵（含外类群）长1534bp，内类群中含33个碱基替换和 17 个插入/缺失,可分为20种单倍型。11个地理居群的总核苷酸多态性（π）为0.00468，单倍型多态性（Hd）为0.853，居群间的遗传变异（FST）高达88.2％，说明长花马先蒿具有很高的遗传多样性，且居群间发生了强烈遗传分化。 系统发育和遗传多样性分析发现长花马先蒿的20种叶绿体单倍型可归于四个地理单元——川西高海拔地区、川北地区、云南德钦地区及川藏地区。进一步分析发现：4个地理单元间存在着显著的遗传分化, 说明长花马先蒿具有明显的谱系地理分布格局。其中川西高海拔地区的四种主导单倍型构成了系统发育树最基部的一支，而以川西地区为中心、向南扩展至云南的两个居群所包含的几种单倍型均属于比较进化的类型。单倍型的网络关系(Network) 显示出西藏、青海、云南及四川北部的一些单倍型间遗传差异很小，亲缘关系很近。上述结果表明：长花马先蒿群体在冰期后的重新扩张过程主要表现为由南往北的递进式扩散，第四纪冰期气候的反复波动导致了该物种居群随生境变化而不断扩张或收缩,形成了现今的分布格局。初步推测川西地区很可能曾是长花马先蒿在第四纪冰期时的重要避难所，瓶颈效应和奠基者效应对其遗传多样性分布格局有重要影响。

藏麻黄与丽江麻黄的形态及遗传变异研究

麻黄属(Ephedra)起源较早，该属植物的形态性状极度退化或简化，可用于经典分类学的有价值的性状非常有限。分布于青藏高原的藏麻黄（E. saxatilis）和丽江麻黄（E. likiangensis）二者间形态相似，性状变异连续，很难分辨，但被《中国植物志》中、英文版作两个种处理。 本文对藏麻黄和丽江麻黄的七个居群、151个个体的叶、雌球花和节间长等形态学性状进行了分析，发现各性状的变异情况在群体间无明显差异。同时我们还对154个个体的叶绿体DNA trnT-trnF和 trnS-trnfM区进行了序列分析，两个片段的联合矩阵长1382bp，共有29个变异位点，其中有9个碱基变异和2个indel，可划分为H1、H2和H3三种单倍型。这3种单倍型在丽江麻黄中均有分布，但藏麻黄仅含H1和H2。 综合来自形态学和分子方面的证据，我们发现藏麻黄和丽江麻黄的关系非常近缘，因此建议予以合并。同时本文还以膜果麻黄（E. przewalskii）为外类群，从谱系生物地理学角度探讨了三种叶绿体单倍型的进化关系，发现H2最原始，分布最广;H1与其它两种单倍型间的序列差异较大，可能是较进化的类型。此外，无性克隆的繁殖方式可能是导致Ephedra单倍型非常简单的重要原因之一。

崖柏属的系统发育与生物地理学研究－兼论广义柏科4CL基因的进化

第三纪末期和第四纪的气候变冷使广泛分布于北半球的暖温带/亚热带生物区系的分布区破碎化，形成了各种洲际间断分布格局。其中东亚—北美东部间断分布最为常见，自林奈时代起就吸引了植物学家们的关注。为了探讨这一地理分布格局的形成过程，前人开展了大量的研究工作，包括间断类群分布的比较、种间关系的经典分类学和化学分类学研究、地理分布的分支分析、遗传距离的估算等。随着分子系统学的发展，在各级分类阶元水平上探讨植物系统发育关系的研究取得了重大进展，很多植物类群的系统发育得到了重建，这使东亚－北美间断分布类群的历史生物地理学研究变得更为切实可行。同时，生物地理学的理论有了新的发展，新的分析方法不断涌现，化石记录及古气候和古地质资料得到大量积累，为深入探讨东亚—北美间断分布提供了条件。目前，已有20 多个东亚－北美间断分布的植物类群被详细研究，丰富了我们对这一现象的认知。然而，以往的研究多基于单亲遗传的叶绿体基因和（或）PCR 直接测序所得的nrDNA ITS 序列，在探讨杂交和网状进化方面存在较大的局限性。在本研究中，我们选取了崖柏属（Thuja L.）这一典型东亚—北美间断分布类群，用来自叶绿体和细胞核的多个基因序列重建其系统发育，探讨其地理分布格局的形成过程，并讨论不同遗传体系的多基因联合分析在植物生物地理学研究中的应用。此外，我们还初步探讨了低拷贝核基因4CL 在广义柏科的进化式样。 1、崖柏属的系统发育和生物地理学研究 崖柏属共 5 种，其中3 种分布于东亚，2 种分别分布于北美东、西部。我们用5 个叶绿体DNA 片段（rpl16 内含子, atpI-rpoC1、trnS-trnfM 和trnS-trnG 基因间区以及trnT-trnF 区）和3 个核基因片段（ITS，LEAFY，4CL）的序列重建了崖柏属的系统发育。发现：（1）基因树拓扑结构的冲突存在于叶绿体基因和核基因之间，甚至不同的核基因之间，说明崖柏属曾发生多次种间杂交并导致网状进化;（2）崖柏属中存在两个种对，即日本香柏－崖柏和朝鲜崖柏－北美香柏;（3）朝鲜崖柏在叶绿体和核基因树上位于不同的位置，可能因古老的杂交和叶绿体捕获所致;（4）北美乔柏的叶绿体基因存在镶嵌式的变异，可能在物种形成过程中发生了叶绿体重组。根据分子钟度量结果，崖柏属两个种对的分化时间为51.1±3.96 Mya，日本香柏和崖柏的分化时间为23.7±5.04 Mya，朝鲜崖柏和北美乔柏的分化时间为14.7±6.06 Mya。 基于多个基因的系统发育分析、DIVA 分析、化石证据和分子钟度量，我们推测崖柏属在古新世或更早的时候起源于北美高纬度地区，并通过白令陆桥扩散到东亚，然后通过隔离分化形成日本香柏－崖柏这一种对。白令陆桥和阿留申陆桥可能在崖柏属的进一步迁移中起了重要介导作用，使崖柏属内发生了多次种间杂交事件，并导致了崖柏－日本香柏和朝鲜崖柏－北美香柏这两种主要的叶绿体类型间的重组以及朝鲜崖柏对北美香柏叶绿体基因的捕获。携带重组叶绿体DNA 的杂交个体迁入北美西部，产生了北美乔柏。根据分子钟估算结果，该迁移事件可能发生在中新世。 鉴于以往对东亚—北美间断分布植物类群的分子系统学研究多基于单亲遗传的叶绿体基因和（或）PCR 直接测序的ITS 数据，这些类群中的网状进化事件可能被低估。同时，我们的结论也部分解释了为什么东亚、北美东部、北美西部三者间的关系存在很多争议：频繁的杂交和渐渗模糊了种间的系统发育关系。因此，我们建议在生物地理学研究中用来源于多个基因组的多基因分析，特别是用单/低拷贝核基因。 2、广义柏科4CL 基因进化的初步研究 广义柏科是松杉类植物中唯一在南、北半球广泛分布的类群，该科中既有古老的孑遗属和寡种属，也有第三纪起源、呈南北半球间断分布的类群。研究4CL 基因在这一类群中的进化，有助于探讨低拷贝核基因在松杉类植物中的进化式样和规律。4CL 在植物次生化合物的生物合成中起重要作用，它催化激活4-香豆酸和一些相关的底物形成不同的辅酶A，促进各种苯丙烷类的代谢。 我们从广义柏科 17 个属中扩增并克隆到23 条4CL 基因序列。基因结构和系统发育分析表明，4CL 在广义柏科中分为4CLI 和4CL II 两大类，二者间的序列相似性为67-70％，进化速率也有很大差异。RT-PCR 结果证明这两种类型均能转录，推测它们都具有功能，且基因结构的差异和序列之间的高度分化暗示这两大类可能执行不同的功能。在4CL 基因树中，落羽杉亚科、北美红杉亚科、狭义柏科的单系都得到了支持。尽管4CL 在广义柏科中的类型及拷贝数还有待研究，但4CLI 很可能以单拷贝或低拷贝存在，其高变的内含子序列可以用来探讨种间的系统发育关系。

槽舌兰属的分子系统学研究兼叶表皮研究

槽舌兰属为(Holcoglossum schltr.)兰科树兰亚科万代兰族指甲兰亚族植物，大部分种类为中国特有种，部分种类分布到越南、泰国、缅甸等国家和地区。本研究利用ITS、trnL-F和matK序列重建了槽舌兰属的系统树，在此基础上对其和植物地理进行了初步探讨并对该属植物的叶表皮特征演化进行了探讨。具体结果如下： 1．槽舌兰的分子系统学研究及分子植物地理学 对槽舌兰属的13个种的12个种进行了取样（H. quasipinifolium未包括），而横断山地区所有已知的槽舌兰属植物的居群进行了取样，共有25个取样代表了槽舌兰属。运用ITS、trnL-F和matK序列重建了槽舌兰属的系统树。槽舌兰属得到了很强的单系支持，并且分为了从南到北的三个分支，其中高山类群得到了很强的支持，尽管该类群内部系统关系没有得到解决。本研究推测槽舌兰属是从南部的热带地区向北部扩散，并在横断山地区辐射分化。槽舌兰高山类群的辐射分化和该地区的迅速隆起密切相关。 2．槽舌兰属的叶表皮演化 在光学显微镜下和电子显微镜下，观察了21个代表槽舌兰属8个种以及5个来自Vanda concolor和 Aerides ordorata的叶表皮样品的常规特征，包括表皮细胞的形状，密度，垂周壁式样，气孔类型，气孔指数，气孔长/宽（L/W）, 气孔大小等等。槽舌兰属的气孔除H. omeiense外，其它上、下表皮均有气孔分布，是比较进化的类型。表皮细胞为多边形，垂周壁平直或弓形。槽舌兰属的上表皮细胞都大于下表皮的细胞。与万代兰族的其它类群相似。结果表明，气孔类型和气孔指数与属的系统发育关系一致，可以作为一个很好的特征。 3．槽舌兰属高山组的物种形成初探 槽舌兰属高山组植物在形态上、传粉系统以及生境都有了很大的分化，但该类群在分子序列上却几乎没有区别，本文推测该类群是近期的辐射分化形成的。

地黄属和崖白菜属的分子系统学研究--兼论地黄属和崖白菜属的科级系统位置

地黄属（Rehmannia Libosch.ex Fisch.et Mey）和崖白菜属（Triaenophora Solereder）是广义玄参科（Scrophulariaceae sensu lato ）种类较少的两个属。地黄属包括六个种，崖白菜属包括三个种。地黄属植物的根可以入药，是中国传统的著名中药。但在传统的分类学上，地黄属的种间系统关系及地黄属与崖白菜属的系统关系一直没有进行深入的研究。这两个属在科级的系统位置也一直都不确定。针对以上问题，本文通过大量的标本查阅、野外考察、以及分子系统学研究，得出了一些初步的结果。 1. 形态学 通过大量的野外考察及标本观察，对地黄属和崖白菜属的形态性状及其变异式样进行了详细地比较分析，重新评价了各性状的分类学价值。认为地黄属和崖白菜属植物的叶型，小苞片的形状，花冠的折叠式样在属下种类区分和系统关系的分析方面均具有较高的系统学价值。过去种间处理所依据的性状（如植株高低，花冠的颜色等）并不可靠，这些性状不宜作为属下种间的划分。 2．分子系统学 利用叶绿体DNA 片段trnL-F 和rps16 及核基因ITS 片段，通过数据单独和联合的最大简约法和贝叶斯法的系统发育分析，结合地黄属所有六个种和崖白菜属的两个种的形态特征，探讨它们属间及属下种间的系统关系。分析结果支持地黄属和崖白菜属的姐妹群关系，同时也支持两个属各自的单系起源。在地黄属内，天目地黄位于地黄属的基部位置可能与它独特的花冠裂片形状及地理分布有关。茄叶地黄和地黄亲缘关系最近，细胞学和形态学的证据同样支持二者姐妹群关系。裂叶地黄和高地黄的近缘关系也得到分子和形态学证据的支持。 一系列的分子系统学的研究揭示广义玄参科至少包括五个主要单系的科，由于地黄属和崖白菜属在这些研究中缺乏取样，他们的科级系统位置仍然是不确定的。因此，在上述研究的基础上，我们在广义唇形目中对与地黄属和崖白菜属可能近缘的类群进行广泛取样，通过五个DNA 片段（ITS, trnL-F, rps16, rbcL 和rps2）进行最大简约法和贝叶斯法分析，来探讨地黄属和崖白菜属在科级的系统位置。我们的分析分为两步，一、我们对所有取样的种类进行ITS 数据单独分析和四个叶绿体DNA 合并分析。二、根据第一步的分析结果，选择合适的外类群，内类群聚焦于与地黄属和崖白菜属近缘的列当科，透骨草科，泡桐属来探讨地黄属和崖白菜属及其近缘类群的系统发育关系，以及它们在科级的系统位置。数据分析采用ITS 数据的单独分析，四个叶绿体DNA 数据合并分析及ITS 和叶绿体数据的联合分析。结果显示地黄属和崖白菜属组成的单系分支和列当科构成姐妹群关系，并具有较高的支持率。植物化学和形态学的证据也支持地黄属和崖白菜属与列当科的姐妹群关系。因此，地黄属和崖白菜属可能隶属于列当科，代表列当科第二个非寄生类群的分支与列当科的余下类群构成姐妹群关系，或应该将地黄属和崖白菜属组成的单系分支上升到一个科级的水平，与列当科互为姐妹群关系。

羊草遗传多样性分析和赖草属的分子系统发育

羊草（Leymus chinensis（Trin.）Tzvel.或Aneurolepidium chinense Trin.），隶属禾本科（Gramineae），大麦族（Hordeae），小麦亚族（Triticieae），赖草属（Leymus），兼具重要的生态价值和经济价值。面向国家重大需求，本论文选择羊草作为主要研究对象，开展了两方面的研究工作，即我国羊草种质资源的遗传多样性评价和赖草属物种的系统发育分析。 羊草是一种多年生根茎型禾草，根据叶色可以划分为黄绿型和灰绿型两种生态型。其分布范围横穿亚欧草原的东部，包括朝鲜和蒙古的西部，以及西伯利亚的西北部，集中分布于我国的东北部。羊草是我国典型草原植物群落中的优势种。它可以在多种土壤和气候条件下正常生长，如松嫩平原、内蒙古草原和黄土高原。从另一个角度讲，不同类型的生境也造就了羊草丰富的遗传多样性。 自上世纪90年代中期开始，我们陆续从我国东北部6个省市收集了293份羊草种质，包括205份灰绿型羊草和88份黄绿型羊草。经过连续3年的观测记录，通过37个重要农艺性状，对293份羊草的遗传多样性进行了评估。依据10个质量性状和27个数量性状，统计了羊草不同性状和不同地域羊草的Shannon遗传多样性指数，同时还使用了主成分分析和通径分析做了相关统计。结果显示：（1）与黄绿型羊草相比，灰绿型羊草具有更高的遗传变异（P<0.05）。结合这两个趋异型羊草的分布范围，可以得出两种类型羊草之间存在稳定的遗传差异;（2）通径分析显示，羊草营养生长性状和遗传多样性两者的组合效应可以解释羊草生殖特性中20.6％的遗传变异;（3）在124-128ºE这一区域，羊草的遗传多样性指数最高（H＝2.252），表明这一地区具有最丰富的羊草种质资源。 赖草属（Leymus Hochst.）是一个异源多倍体属，约有34个物种，该属未知基因组的起源一直争论不休。其倍性范围从四倍体（2n=4x=28）、八倍体（2n=8x=56）一直到十二倍体（2n=12x=84）。新麦草属（Psathyrostachys Nevski）只含有Ns一个基因组，约有9个物种。这两个属都是多年生牧草，具有抗旱、抗病和耐盐碱等生物学特性。 应用核糖体ITS（Internal Transcribed Spacer）序列和叶绿体trnL-F序列，我们对13个赖草属物种、小麦族18个属（40份二倍体材料）、以及Elymus californicus和Bromus catharticus，共计57份材料进行了系统发生分析。ITS序列分析表明，赖草属分别与新麦草属和小麦族中一个未知属在进化上具有紧密的关系。ITS谱系树表明赖草属内部存在大量的分化，以及赖草属物种具有多次起源的特征。trnL-F序列分析表明，赖草属物种的母本，部分来自Ns基因组，部分来自Xm基因组，这可能与赖草属物种的地理分布有关，分布于亚欧大陆的物种其母本是新麦草属，而分布于北美的大部分物种其母本是Xm基因组。trnL-F序列分析还表明，E. californicus和赖草属未知的基因组具有紧密的关系。以上研究结果表明：（1）从分子层面证明，赖草属的未知基因组并非来自薄冰草属，或是一个修正的新麦草基因组，其基因组组成应是NsNsXmXm;（2）赖草属物种的母本，部分来自Ns基因组，部分来自Xm基因组，这可能与赖草属物种的地理分布有关;（3）E. californicus的母本是Xm基因组，父本是Ns基因组，该物种应从披碱草属转移至赖草属。

软体动物线粒体基因组学及分子系统发生研究

本研究以双壳纲、翼形亚纲、珍珠贝目、扇贝超科的栉孔扇贝(Chlamys farreri )、海湾扇贝(Argopecten irradians)和牡蛎超科巨蛎属(Crassostrea)的长牡蛎(C. gigas)、葡萄牙牡蛎(C. angulata)、熊本牡蛎(C. sikamea)、香港巨牡蛎(C. hongkongensis)和近江牡蛎(C. ariakensis)5种牡蛎及异齿亚纲、帘蛤目、帘蛤科的紫斑文蛤(Meretrix pethechialis)为研究对象，系统的研究了以上物种的线粒体基因组全序列的特点。并以线粒体12个蛋白质编码基因的序列，在氨基酸和核苷酸水平上构建了软体动物的分子系统发生树。本研究旨在为利用线粒体基因组全序列全面构建软体动物分子系统发生树，为软体动物的系统发生和进化研究提供一种新的思路和前期基础工作，本研究主要内容分为以下三个部分： 一、栉孔扇贝和海湾扇贝线粒体基因组序列分析及分子系统发生研究 采用Long-PCR技术扩增了栉孔扇贝和海湾扇贝线粒体全基因组，利用步移法结合文库构建的测序策略获得了线粒体基因组的序列。海湾扇贝线粒体全基因组长度为16,211 bp，栉孔扇贝接近全序列长度为20,789 bp。两个基因组都编码35个基因，包括12个蛋白质编码基因，2个rRNA和21个tRNA。与典型的动物线粒体基因组相比，两个基因组都缺少一个蛋白质编码基因atp8和2个trnS, 在海湾扇贝基因组中有1个trnF的重复，而在栉孔扇贝基因组中有1个trnM的重复。基因排列比较显示，尽管海湾扇贝、栉孔扇贝和巨扇贝分类学上属于同一扇贝科，但是它们的线粒体基因排列非常不同。在四种扇贝中，虾夷扇贝与栉孔扇贝的基因排列顺序非常相似；即使排除tRNA的比较，栉孔扇贝和海湾扇贝基因组仅仅共享三个小的基因块；而海湾扇贝与巨扇贝仅有一个相同的基因块。在所有的系统发生分析中，四种扇贝稳定的系统发生关系得到强有力的支持，海湾扇贝较其他三种扇贝较早的分化出来；栉孔扇贝比其他两种扇贝与虾夷扇贝亲缘关系更近。贝叶斯法和最大似然法分析都支持扇贝超科的单系发生。 二、巨蛎属牡蛎线粒体基因组全序列分析及分子系统发生研究 采用Long-PCR扩增技术和步移法结合文库构建的技术策略获得了巨蛎属C. gigas、C. angulata、C. sikamea、C. hongkongensis和C. ariakensis 5种牡蛎线粒体全基因组序列，并于GenBank已公布的美洲牡蛎C.virginica序列进行比较研究。C. gigas、C. angulata、C. sikamea、C. hongkongensis和C. ariakensis线粒体全基因组长度分别为18,225 bp、18,225 bp、18,243 bp、18,622 bp和18,414 bp，都长于C. virginica基因组17,244 bp的长度。本研究的5种牡蛎线粒体基因组都编码39个基因，包括12个蛋白质编码基因，2个rRNA和25个tRNA。与典型的线粒体基因组相比，都缺少一个蛋白质编码基因atp8，有trnM、trnK和trnQ 3个tRNA基因的重复，更特别的是基因组中的rrnL分为两段，这在其它线粒体基因组中未见报道，有一个重复的rrnS；而C. virginica基因组编码37个基因，与其他牡蛎相比，没有trnK和trnQ重复，只有一个rrnS。基因排列比较显示，巨蛎属的5种牡蛎C. gigas、C. angulata、C. sikamea、C. hongkongensis和C. ariakensis基因排列完全一致，而与C. virginica的基因排列相比仍然有较大的差别，有多个tRNA发生易位。系统发生分析显示，C. gigas和C. angulata首先聚在一起，然后与C. sikamea聚为一支。C. hongkongensis和C. ariakensis聚成一支。C. virginica为单独的一支。系统树清楚的显示出C. gigas和C. angulata以及C. hongkongensis和C. ariakensis非常近的亲缘关系，这也是长期以来，牡蛎分类学上的经典问题，有学者认为C. gigas和C. angulata为同一物种，线粒体基因组的数据显示C. gigas和C. angulata可能达到不同物种的差异。传统分类上的“近江牡蛎”的“白蚝”和“赤蚝”，线粒体序列差别明显，完全支持两种牡蛎新种名的制定。 三、紫斑文蛤线粒体基因组全序列分析及分子系统发生研究 采用Long-PCR扩增技术和步移法结合文库构建的技术策略获得了紫斑文蛤线粒体基因组全序列。该基因组全长19,567 bp，编码36个基因，包括12个蛋白质编码基因，2个rRNA和22个tRNA。与典型的线粒体基因组相比，缺少一个蛋白质编码基因atp8和1个trnS, 有1个trnQ基因的重复。基因排列比较显示，双壳类的基因排列在低的分类阶元时相对保守。在帘蛤科中，紫斑文蛤M. petechialis和菲律宾蛤仔V. philippinarum共享四个完全一致的基因块，两个大的基因块是cox1-L1-nad1-nad2-nad4L-I 和 cox2-P-cob-rrnL-nad4-H-E-S2-atp6-nad3-nad5，另两个小基因块只包括tRNA基因。在以氨基酸序列构建的分子系统树中，帘蛤科紫斑文蛤与菲律宾蛤仔首先聚在一起，然后，它们与A. tuberculata形成一个进化枝。这一枝与H. arctica结合起来，支持异齿亚纲单系发生。

点地梅属的分子系统学、生物地理学和垫状形态的趋同进化

报道了青藏高原地区的点地梅属Androsace L.及羽叶点地梅属Pomatosace Maxim.共14种29个居群的ITS与trnL-F DNA序列各27与25条;并结合已报道相关种类的有关序列,构建了"点地梅群"的分子系统发育树.研究发现"点地梅群"的4个属为一单系类群,含有两个稳定的分支:一支全部由点地梅属的种类组成,另一支分别由羽叶点地梅属、Douglasia Lindley、Vitaliana Sesler和9种点地梅属植物组成;点地梅属裂叶组sect. Samuelia Schlechtd.的3个种与点地梅组sect. Androsace的2个种在3套序列分析中位于不同的系统位置.各分支基部的种都分布在中国东南部及青藏高原东部,分子地理标记的结果支持形态学提出该地区为"点地梅群"植物起源地的假设.从青藏高原东部地区向欧洲及其他北半球地区存在不同时期内多个进化支的多次扩散.粗略的时间估算表明该群植物可能是在第三纪的中新世以来才开始发生的.垫状种类分别在青藏高原和欧洲独立起源,而在青藏高原地区的分化要早于在欧洲的分化,在前一地区可能与青藏高原自中新世开始发生的造山运动、形成高海拔的山地有关,而在后一地区则是与第三纪末至第四纪的冰期气候反复波动有关.垫状植物在青藏高原上的大规模分布则可能较晚,与冰期结束后全新世晚期气候再次变冷有关.一些物种种

利用叶绿体DNA trn L-F序列初步探讨菊科风毛菊属的系统发育

风毛菊属Saussurea DC．是菊科物种分化十分剧烈和分类处理十分困难的一个属。该属的单系起源性质、属下分类系统以及一些独特形态物种的系统位置尚不清楚，有待进一步验证。本文测定了代表该属5个亚属37种植物43个样品和川木香属Dolomiaea DC．的1种样品的叶绿体DNA trnL-F序列，并调取菜蓟族Cardueae Cass．与风毛菊属具有一定亲缘关系的13属的该序列，一起进行了分支分析，重点验证该属的属下形态分类系统以及形态特殊、青藏高原地区特有的雪兔子亚属subgen．Eriocoryne中假雪兔子组sect．Pseudoeriocoryne的单系性质。研究结果表明：(1)尽管风毛菊属5个亚属形态变异极大，但种间的trnL-F碱基变异却非常小；(2)根据形态学划分的5个亚属在分支图上没有得到分辨；(3)根据无明显茎、叶呈莲座状包被头状花序等特征建立的假雪兔子组是一多系群，与其他雪兔子亚属的种类也没有密切的亲缘关系，其共同拥有的形态学特征分别起源了4次；(4)雪莲亚属假雪莲组subgen．Amphi- laena sect．Pseudoamphilaena中的多鞘雪莲s．polycolea变种尖苞雪莲S．polycolea var．acuisauama与风毛菊亚属subgen．Saussurea的长毛风毛菊S．hieraciodies、美丽风毛菊s．superba、打箭风毛菊s．tatsienensis和重齿风毛菊s．katochaete具有一段长18个碱基的插入，但多鞘雪莲原变种和重齿风毛菊另一居群无此插入；这一插入在整个菜蓟族和风毛菊属中都十分特殊，是一次进化事件的结果，这一复合体的形态分化应该是在这一进化事件发生之后进行的；而尖苞雪莲和重齿风毛菊拥有这一特殊序列可能是由于杂交而导致种内存在不同的单倍性。研究结果证实青藏高原极端环境下即使在较低的分类等级——属内、种问的形态特征也存在相同选择压力下的生态趋同进化。这一点在利用形态特征研究该地区物种的亲缘关系和命名自然分类等级时应予以特别重视。风毛菊属提供了研究极端环境下物种快速分化、网状进化和趋同进化的典型范例。

Molecular evidence for double maternal origins of the diploid hybrid Hippophae goniocarpa (Elaeagnaceae)

Homoploid hybrid plant species are rare, and the mechanisms of their speciation are largely unknown, especially for homoploid hybrid tree species. Two contrasting hypotheses have been proposed to explain the origin of Hippophae goniocarpa: (1) it is a diploid hybrid originating from H. rhamnoides ssp. sinensis x H. neurocarpa ssp. neurocarpa, and (2) it originated via marginal differentiation from H. rhamnoides ssp. sinensis. Regardless of which of these hypotheses is true (if either), previous studies have suggested that H. rhamnoides ssp. sinensis is the only maternal donor for this hybrid species. In this study, we aim to elucidate the maternal composition of H. goniocarpa and to test the two hypotheses. For this purpose, we sequenced the maternal chloroplast DNA trnL-F region of 75 individuals representing H. goniocarpa, H. rhamnoides ssp. sinensis, and H. neurocarpa ssp. neurocarpa in two co-occurring sites of the taxa. Seven haplotypes were identified from three taxonomic units, and their phylogenetic relationships were further constructed by means of maximum parsimony, maximum likelihood, and network analyses. These seven haplotypes clustered into two distinct, highly divergent lineages. Two haplotypes from one lineage were found in H. rhamnoides ssp. sinensis, and five (representing the other lineage) in H. neurocarpa ssp. neurocarpa. Hippophae goniocarpa shared four common haplotypes from both lineages, but the haplotypes detected from the two populations differed to some extent, and in each case were identical to local haplotypes of the putative parental species. Thus, both H. rhamnoides ssp. sinensis and H. neurocarpa ssp. neurocarpa appear to have together contributed to the maternal establishment of H. goniocarpa. These results clearly demonstrate that the marginal origin hypothesis should be rejected, and support the hybrid origin hypothesis. Hippophae goniocarpa exhibits a sympatric distribution with its two parent species, without occupying new niches or displaying complete ecological isolation. However, this species has effectively developed reproductive isolation from its sympatric parent species. Our preliminary results suggest that H. goniocarpa may provide a useful model system for studying diploid hybrid speciation in trees. (c) 2008 The Linnean Society of London.

Phylogenetic origins of the Himalayan endemic Dolomiaea, Diplazoptilon and Xanthopappus (Asteraceae : Cardueae) based on three DNA regions

Background and Aims It is an enduring question as to the mechanisms leading to the high diversity and the processes producing endemics with unusual morphologies in the Himalayan alpine region. In the present study, the phylogenetic relationships and origins of three such endemic genera were analysed, Dolomiaea, Diplazoptilon and Xanthopappus, all in the tribe Cardueae of Asteraceae.Methods The nuclear rDNA internal transcribed spacer (ITS) and plastid trnL-F and psbA-trnH regions of these three genera were sequenced. The same regions for other related genera in Cardueae were also sequenced or downloaded from GenBank. Phylogenetic trees were constructed from individual and combined data sets of the three types of sequences using maximum parsimony, maximum likelihood and Bayesian analyses.Key Results The phylogenetic tree obtained allowed earlier hypotheses concerning the relationships of these three endemic genera based on gross morphology to be rejected. Frolovia and Saussurea costus were deeply nested within Dolomiaea, and the strong statistical support for the Dolomiaea-Frolovia clade suggested that circumscription of Dolomiaea should be more broadly redefined. Diplazoptilon was resolved as sister to Himalaiella, and these two together are sister to Lipschitziella. The clade comprising these three genera is sister to Jurinea, and together these four genera are sister to the Dolomiaea-Frolovia clade. Xanthopappus, previously hypothesized to be closely related to Carduus, was found to be nested within a well-supported but not fully resolved Onopordum group with Alfredia, Ancathia, Lamyropappus, Olgaea, Synurus and Syreitschikovia, rather than the Cardinis group. The crude dating based on ITS sequence divergence revealed that the divergence time of Dolomiaea-Frolovia from its sister group probably occurred 13.6-12.2 million years ago (Ma), and the divergence times of the other two genera, Xanthopappus and Diplazoptilon, from their close relatives around 5.7-4.7 Ma and 2.0-1.6 Ma, respectively.Conclusions The findings provide an improved understanding of the intergeneric relationships in Cardueae. The crude calibration of lineages indicates that the uplifts of the Qiinghai -Tibetan Plateau since the Miocene might have served as a continuous stimulus for the production of these morphologically aberrant endemic elements of the Himalayan flora.

Radiation and diversification within the Ligularia-Cremanthodium-Parasenecio complex (Asteraceae) triggered by uplift of the Qinghai-Tibetan Plateau

The Ligularia-Cremanthodium-Parasenecio (L-C-P) complex of the Tussilagininae (Asteraceae: Senecioneae) contains more than 200 species that are endemic to the Qinghai-Tibetan Plateau in eastern Asia. These species are morphologically distinct; however, their relationships appear complex. A phylogenetic analysis of members of the complex and selected taxa, of the tribe Senecioneae was conducted using chloroplast (ndhF and trnL-F) and nuclear (ITS) sequences. Phylogenetic trees were constructed from individual and combined datasets of the three different sequences. All analyses suggested that Doronicum, a genus that has been included in the Tussilagininae, should be excluded from this subtribe and placed at the base of the tribe Senecioneae. In addition, the Tussilagininae should be broadly circumscribed to include the Tephroseridinae. Within the expanded Tussilagininae containing all 13 genera occurring in eastern Asia, Tussilago and NSPetasites diverged early as a separate lineage, while the remaining I I genera comprise an expanded L-C-P complex clade. We suggest that the L-C-P clade, which is largely unresolved, most likely originated as a consequence of an explosive radiation. The few monophyletic subclades identified in the L-C-P clade with robust support further suggest that some genera of Tussilagininae from eastern Asia require generic re-circumscriptions given the occurrence of subclades containing species of the same genus in different parts of the phylogentic tree due to homoplasy of important morphological characters used to delimit them. Molecular-clock analyses suggest that the explosive radiation of the L-C-P complex occurred mostly within the last 20 million years, which falls well within the period of recent major uplifts of the Qinghai-Tibetan Plateau between the early Miocene to the Pleistocene. It is proposed that significant increases in geological and ecological diversity that accompanied such uplifting, most likely promoted rapid and continuous allopatric speciation in small and isolated populations, and allowed fixation or acquisition of similar morphological characters within unrelated lineages. This phenomenon, possibly combined with interspecific diploid hybridization because of secondary sympatry during relatively stable stages between different uplifts, could be a major cause of high species diversity in the Qinghai-Tibetan Plateau and adjacent areas of eastern Asia. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Phylogeography of the Qinghai-Tibetan Plateau endemic Juniperus przewalskii (Cupressaceae) inferred from chloroplast DNA sequence variation

The vegetation of the northeast Qinghai-Tibetan Plateau is dominated by alpine meadow and desert-steppe with sparse forests scattered within it. To obtain a better understanding of the phylogeography of one constituent species of the forests in this region, we examined chloroplast trnT-trnF and trnS-trnG sequence variation within Juniperus przewalskii, a key endemic tree species. Sequence data were obtained from 392 trees in 20 populations covering the entire distribution range of the species. Six cpDNA haplotypes were identified. Significant population subdivision was detected (G(ST) = 0.772, N-ST = 0.834), suggesting low levels of recurrent gene flow among populations and significant phylogeographic structure (N-ST > G(ST), P < 0.05). Eight of the nine disjunct populations surveyed on the high-elevation northeast plateau were fixed for a single haplotype (A), while the remaining, more westerly population, contained the same haplotype at high frequency together with two low frequency haplotypes (C and F). In contrast, most populations that occurred at lower altitudes at the plateau edge were fixed or nearly fixed for one of two haplotypes, A or E. However, two plateau edge populations had haplotype compositions different from the rest. In one, four haplotypes (A, B, D and E) were present at approximately equivalent frequencies, which might reflect a larger refugium in the area of this population during the last glacial period. Phylogenetic analysis indicated that the most widely distributed haplotype A is not ancestral to other haplotypes. The contrasting phylogeographic structures of the haplotype-rich plateau edge area and the almost haplotype-uniform plateau platform region indicate that the plateau platform was recolonized by J. przewalskii during the most recent postglacial period. This is supported by the findings of a nested clade analysis, which inferred that postglacial range expansion from the plateau edge followed by recent fragmentation is largely responsible for the present-day spatial distribution of cpDNA haplotypes within the species.

Molecular systematics and biogeography of Crawfurdia, Metagentiana and Tripterospermum (Gentianaceae) based on nuclear ribosomal and plastid DNA sequences

Background and Aims The systematic position of the genus Metagentiana and its phylogenetic relationships with Crawfurdia, Gentiana and Tripterospermum have not been explicitly addressed. These four genera belong to one of two subtribes (Gentianinae) of Gentianeae. The aim of this paper is to examine the systematic position of Crawfurdia, Metagentiana and Tripterospermum and to clarify their phylogenetic affinities more clearly using ITS and trnL intron sequences.Methods Nucleotide sequences from the internal transcribed spacers (ITS) of nuclear ribosomal DNA and the plastid DNA trnL (UAA) intron were analysed phylogenetically. Ten of fourteen Metagentiana species were sampled, together with 40 species of other genera in the subtribe Gentianinae.Key Results The data support several previously published conclusions relating to the separation of Metagentiana from Gentiana and its closer relationships to Crawfurdia and Tripterospermum based on studies of gross morphology, floral anatomy, chromosomes, palynology, embryology and previous molecular data. The molecular clock hypothesis for the tested sequences in subtribe Gentianinae was not supported by the data (P < 0.05), so the clock-independent non-parametric rate smoothing method was used to estimate divergence time. This indicates that the separation of Crawfurdia, Metagentiana and Tripterospermum from Gentiana occurred about 11.4-21.4 Mya (million years ago), and the current species of these three genera diverged at times ranging from 0.4 to 6.2 Mya.Conclusions The molecular analyses revealed that Crawfurdia, Metagentiana and Tripterospermum do not merit status as three separate genera, because sampled species of Crawfurdia and Tripterospermum are embedded within Metagentiana. The speciation and rapid radiation of these three genera is likely to have occurred in western China as a result of upthrust of the Himalayas during the late Miocene and the Pleistocene.