蹄蓋蕨科雙蓋蕨亞科的分子系統學和生物地理學研究

《蹄蓋蕨科雙蓋蕨亞科的分子系統學和生物地理學研究》是張憲春為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的面上項目。

基本介紹

• 中文名：蹄蓋蕨科雙蓋蕨亞科的分子系統學和生物地理學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張憲春
• 依託單位：中國科學院植物研究所

項目摘要

主產亞洲和美洲熱帶地區的蹄蓋蕨科雙蓋蕨亞科植物是少數缺乏研究的世界性類群之一，其系統學的研究將對理解薄囊蕨類完整的系統發育關係至關重要。該亞科約有300多種，形態變異複雜，亞科內屬的劃分和屬下分類長期存在爭議。本立項擬採用5個葉綠體片段（rbcL、trnL-F、rps4、rps4-trnS和psbA-trnH）及2個核基因（LEAFY和PgiC）重建雙蓋蕨亞科的系統發育關係，基於系統發育框架進行祖先分布區重建，以及分子鐘推算，揭示洲際間斷分布格局形成的原因；基於對重要形態學性狀的分析，建立世界雙蓋蕨亞科植物的分類系統。其結果將不僅完善我們對整個蹄蓋蕨科植物系統發育關係的理解，而且為薄囊蕨類的起源與演化提供新的研究實例，促進和豐富蕨類植物洲際間斷分布等生物地理學熱點問題的研究。

結題摘要

蹄蓋蕨科雙蓋蕨屬Diplazium是少數缺乏研究的世界性類群之一，其系統學的研究將對理解薄囊蕨類完整的系統發育關係至關重要。該屬約有350-400種，呈典型的泛熱帶間斷分布格局。由於其種類繁多，形態變異較大，地理分布範圍廣泛，該屬的界定和屬下劃分一直存在較大爭議；其起源時間和地點以及間斷分布格局的成因並不清楚。本立項利用分子系統學和生物地理學的方法，基於世界範圍取樣，並利用7個葉綠體DNA分子標記（atpA、atpB、matK、rbcL、rps4、rps4-trnS以及trnL-F）對雙蓋蕨屬及其近緣類群進行了聯合數據的系統發育重建、分子鐘估算和祖先分布地重建，深入探討了雙蓋蕨屬的系統發育和生物地理歷史。所有系統發育的分析方法（最大簡約法、最大似然法和貝葉斯分析法）表明，雙蓋蕨屬不是單系類群，傳統定義的短腸蕨屬Allantodia、菜蕨屬Callipteris和毛子蕨屬Monomelangium均嵌套在雙蓋蕨屬內，共同構成一個單系類群。系統發育分析進一步將這一單系類群劃分出4個強烈支持的主分支。結合重要的形態特證，本立項對雙蓋蕨屬的屬級範圍進行重新界定，並將短腸蕨屬、菜蕨屬以及毛子蕨屬作為新定義的雙蓋蕨屬的異名，並將新定義的雙蓋蕨屬依據系統發育框架劃分為4個亞屬（擬短腸蕨屬亞屬、雙蓋蕨亞屬、黑鱗亞屬和菜蕨亞屬）。生物地理的分析結果表明，雙蓋蕨屬起源於始新世時期的歐亞大陸。其中雙蓋蕨亞屬的新舊熱帶間斷分布格局是由北熱帶植物帶在始新世時的中高緯度發生滅絕並向南遷移所形成；而對於菜蕨亞屬中的新舊熱帶間斷則可能為中新世跨洋長距離擴散的結果。此外，由於中新世時期島嶼鏈的形成，舊熱帶分布的雙蓋蕨屬在不同地區之間則進行了反覆的擴散，進而形成了現在的泛熱帶間斷格局。本項目的研究成果將不僅完善我們對整個蹄蓋蕨科植物系統發育關係的理解，而且為薄囊蕨類的起源與演化提供新的研究實例，促進和豐富蕨類植物洲際間斷分布等生物地理學熱點問題的研究。