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由8个DNA片段推断云南金钱槭的系统位置

高健 杜芳 李俊清

高健, 杜芳, 李俊清. 由8个DNA片段推断云南金钱槭的系统位置[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
引用本文: 高健, 杜芳, 李俊清. 由8个DNA片段推断云南金钱槭的系统位置[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
GAO Jian, DU Fang, LI Jun-qing. Systematic position of Dipteronia dyerana inferred from eight gene regions[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
Citation: GAO Jian, DU Fang, LI Jun-qing. Systematic position of Dipteronia dyerana inferred from eight gene regions[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127

由8个DNA片段推断云南金钱槭的系统位置

doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2016YFC0503106

详细信息
    作者简介:

    高健,博士生。主要研究方向:恢复生态学。Email:gaojian5688@163.com   地址:100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者:

    李俊清,教授,博士生导师。主要研究方向:生物多样性与恢复生态学。Email:lijq@bjfu.edu.cn   地址:同上

  • 中图分类号: S718.49;S792.35

Systematic position of Dipteronia dyerana inferred from eight gene regions

  • 摘要: 云南金钱槭是金钱槭属中的濒危物种,其系统地位迄今存在一定争议。本研究利用6个叶绿体基因片段(psbM-trnD、rbcL、trnD-trnT、rpl16、trnL-trnF与psbA-trnH)和2个核基因片段(ITS与CHS)数据,采用最大简约法(MP)及贝叶斯法(BI)对该种及若干近缘类群进行了系统发育分析,从而探讨云南金钱槭的系统位置。结果显示:1)基于6个叶绿体基因联合数据分析,云南金钱槭所在的金钱槭属形成单系群并与槭属彼此独立,互为姐妹属。2)基于CHS数据分析,金钱槭属物种自身形成单系群,但与槭属物种混在一起。3)基于ITS数据分析,金钱槭属为并系群,其中云南金钱槭内嵌于系统发育树的末端与梣叶槭聚在同一进化分枝。本研究中,不同数据集的结果出现冲突,可能是由于不同基因片段进化速率存在差异的影响。此外,核CHS基因在槭树科植物中的有效变异信息位点较少以及核ITS基因存在多拷贝的现象,均可能造成与6个叶绿体基因组合的分析结果出现差异。综合研究结果并参考形态学证据,倾向于云南金钱槭的系统位置继续归属于金钱槭属。进一步增加基因片段可能有助于云南金钱槭系统位置的明确。
  • 图  1  基于叶绿体基因合并序列分析构建的最大简约树

    菱形◆表示云南金钱槭的系统位置。分支上部数值表示MP分析的抽样自展值(≥50%), 分支下部数值是贝叶斯分析的后验概率值(≥50%)。以下各图同此。

    Figure  1.  Single most parsimonious tree generated from combined chloroplast data

    ◆ represents the phylogenetic status of D. dyeriana. Values at nodes indicate bootstrap support under maximum likelihood and parsimony. Bootstrap values (≥50%) are shown above the branches, and Bayesian posterior values (≥50%) are indicated below the branches. The same as below.

    图  2  基于CHS序列分析构建的最大简约树

    Figure  2.  Single most parsimonious tree generated from CHS data

    图  3  基于ITS序列分析构建的最大简约树

    Figure  3.  Single most parsimonious tree generated from ITS data

    表  1  试验材料及其序列号

    Table  1.   Species used in this study and their GenBank accession numbers


    Genera

    Section
    来源
    Source
    编号
    Code
    采集者
    Collector

    Species
    序列登录号GenBank accession No.
    ITS CHS psbM- trnD rbcL trnD- trnT rpl16 trnH-PsbA trnL-F
    七叶树属
    Aesculus
    青秀山,南宁Qingxiu Mountain, Nanning k028 陆志成
    LU Zhi-cheng
    A. wangii AF406968 KX000286*
    NCBI A. glabra DQ659840 AY968623
    NCBI A. flava DQ978441 AY968613 DQ978509 DQ978642 DQ978573
    NCBI A. parviflora DQ978448 DQ978510 DQ978643 DQ978574
    上海植物园,上海Shanghai Botanical Garden, Shanghai i008 杜宝明
    DU Bao-ming
    A. chinensis KX000285*
    金钱槭属
    Diteronia
    堵河源保护区,十堰
    Duheyuan National Nature Reserve, Shiyan
    y010 郑德国
    ZHENG De-guo
    D. dyerana DQ238333 KX000287* DQ659838 DQ978443 DQ659778 DQ978512 DQ978645 DQ978576
    青秀山,南宁Qingxiu
    Mountain, Nanning
    k029b 陆志成
    LU Zhi-cheng
    D. sinensis AY605290 KX000288* DQ659839 DQ978444 DQ659779 KU500460* KU500519* KU522513*
    槭属
    Acer
    尖齿枫组
    sect. Arguta
    安图县,延边Antu
    County, Yanbian
    q004 刘琪璟
    LIU Qi-jing
    A. barbinerve AJ634569 KX000274* DQ978395 KU500434* KU500513* KU522490*
    NCBI A. acuminatum DQ659841 DQ659781
    全缘叶枫组
    sect. Oblonga
    上海植物园,上海
    Shanghai Botanical Garden, Shanghai
    i002 杜宝明
    DU Bao-ming
    A. buergerianum AY605466 KX000275* DQ659843 DQ659783 KU500435* KU500514* KU522491*
    NCBI A. buergerianum var. formosanum DQ978396
    枫组sect. Acer NCBI A. caesium subsp. giraldii AY605295 DQ659893 DQ978397 DQ659833 DQ978453 DQ978584 DQ978519
    穗状枫组
    sect. Spicata
    NCBI A. caudatum subsp. multiserratum AY605432 DQ978401
    华南植物园,广州South
    China Botanical Garden, Guangzhou
    d005 简曙光
    lJIAN Shu-guang
    A. caudatum KX000276* DQ659887 DQ659827 KU500444* KU500509* KU522508*
    大花枫组
    sect. Macrantha
    NCBI A. davidii subsp. davidii AY605392 DQ978406
    浙江农林大学,临安
    Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin’an
    o001 陈秋夏
    CHEN Qiu-xia
    A. davidii KX000277* DQ659848 DQ659788
    浙江农林大学,临安
    Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin'an
    o006 陈秋夏
    CHEN Qiu-xia
    A. davidii subsp. grosseri KU500459* KU500550* KU522512*
    鸡爪枫组
    sect. Palmata
    NCBI A. palmatum subsp. palmatum AY605425
    中科院植物所,北京
    Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing
    b015 廖培钧
    LIAO Pei-jun
    A. palmatum KX000280* DQ659867 DQ978421 DQ659807 KU500472* KU500503* KU522530*
    三小叶枫组
    sect. Trifoliata
    堵河源保护区,十堰
    Duheyuan National Nature Reserve, Shiyan
    y005 郑德国
    ZHENG De-guo
    A. griseum AY605467 KX000278* DQ659857 DQ978411 DQ659797 KU500463* KU500530* KU522514*
    扁果枫组
    sect. Hyptiocarpa
    NCBI A. laurinum AM113541 DQ978413 DQ659794 DQ978473 DQ978604 DQ978536
    复叶枫组
    sect. Negundo
    华南植物园,广州South
    China Botanical Garden, Guangzhou
    d001a 简曙光
    JIAN Shu-guang
    A. negundo AY605406 KX000279* DQ659864 DQ978417 DQ659804 KU500471* KU500535* KU522527*
    五小叶枫组
    sect. Pentaphtlla
    茂县,阿坝藏族羌族自治州Maoxian County, Aba Tibetan and Qiang Autonomous Prefecture u003 包维楷
    BAO Wei-kai
    A. pentaphyllum DQ238478 KX000281* DQ659870 DQ978422 DQ659810 KU500474* KU500538* KU522534*
    疏毛枫组sect.
    Pubescentia
    中科院植物所,北京Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing b013 廖培钧
    LIAO Pei-jun
    A. pilosum DQ238345 DQ978423 KU500491* KU500546* KU522535*
    NCBI A. pilosum var. stenolobum KX000282*
    桐状枫组sect.
    Platanoidea
    黑龙江森林植物园,哈尔滨Heilongjiang Forest Botanical Garden, Harbin h004 毛子军
    MAO Zi-jun
    A. pictum subsp. mono LK022665 KU500431* KU500534* KU522525*
    NCBI A. pictum subsp. pictum AB872557
    茶条枫组
    sect. Ginnala
    黑龙江森林植物园,哈尔滨Heilongjiang Forest Botanical Garden, Harbin h002 毛子军
    MAO Zi-jun
    A. tataricum subsp. ginnala AY605363 KX000284* DQ659855 DQ978436 DQ659795 KU500479* KU500521* KU522544*
    NCBI A. sterculiaceum subsp. franchetii DQ366145 DQ978435
    坚果枫组
    sect. Lithocarpa
    紫金山,南京Zijin Mountain, Nanjing m008 葛之葳
    GE Zhi-wei
    A. sinopurpurascens KX000283* DQ659878 DQ659818 KU500490* KU500545* KU522538*
    注:*代表本研究中获得的序列。Notes: * represents sequences obtained in present study; NCBI, National Center for Biotechnology Information.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-22
  • 修回日期:  2016-07-26
  • 刊出日期:  2017-02-01

由8个DNA片段推断云南金钱槭的系统位置

doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
    基金项目:

    国家重点研发计划项目 2016YFC0503106

    作者简介:

    高健,博士生。主要研究方向:恢复生态学。Email:gaojian5688@163.com   地址:100083  北京市海淀区清华东路35号北京林业大学林学院

    通讯作者: 李俊清,教授,博士生导师。主要研究方向:生物多样性与恢复生态学。Email:lijq@bjfu.edu.cn   地址:同上
  • 中图分类号: S718.49;S792.35

摘要: 云南金钱槭是金钱槭属中的濒危物种,其系统地位迄今存在一定争议。本研究利用6个叶绿体基因片段(psbM-trnD、rbcL、trnD-trnT、rpl16、trnL-trnF与psbA-trnH)和2个核基因片段(ITS与CHS)数据,采用最大简约法(MP)及贝叶斯法(BI)对该种及若干近缘类群进行了系统发育分析,从而探讨云南金钱槭的系统位置。结果显示:1)基于6个叶绿体基因联合数据分析,云南金钱槭所在的金钱槭属形成单系群并与槭属彼此独立,互为姐妹属。2)基于CHS数据分析,金钱槭属物种自身形成单系群,但与槭属物种混在一起。3)基于ITS数据分析,金钱槭属为并系群,其中云南金钱槭内嵌于系统发育树的末端与梣叶槭聚在同一进化分枝。本研究中,不同数据集的结果出现冲突,可能是由于不同基因片段进化速率存在差异的影响。此外,核CHS基因在槭树科植物中的有效变异信息位点较少以及核ITS基因存在多拷贝的现象,均可能造成与6个叶绿体基因组合的分析结果出现差异。综合研究结果并参考形态学证据,倾向于云南金钱槭的系统位置继续归属于金钱槭属。进一步增加基因片段可能有助于云南金钱槭系统位置的明确。

English Abstract

高健, 杜芳, 李俊清. 由8个DNA片段推断云南金钱槭的系统位置[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
引用本文: 高健, 杜芳, 李俊清. 由8个DNA片段推断云南金钱槭的系统位置[J]. 北京林业大学学报, 2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
GAO Jian, DU Fang, LI Jun-qing. Systematic position of Dipteronia dyerana inferred from eight gene regions[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
Citation: GAO Jian, DU Fang, LI Jun-qing. Systematic position of Dipteronia dyerana inferred from eight gene regions[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2017, 39(2): 24-29. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160127
  • 云南金钱槭(Dipteronia dyerana)是隶属于槭树科(Aceraceae)金钱槭属的一种落叶乔木,仅分布于云南东南部及贵州西南部海拔2 000~2 500 m的疏林中,为国家Ⅱ级珍惜濒危保护植物[1]。长期以来,云南金钱槭的种级系统位置界定,主要依据其独特的形态学特征(翅果成圆环形等),并与金钱槭(Dipteronia sinensis)共同组成我国特有属——金钱槭属。

    金钱槭属作为槭属(Acer)的姐妹属,常作为槭属等相关研究的外类群,但它常常不能形成单系群或属内物种嵌于槭属中。Tian等[2]采用ITS和trnL-F片段对槭属进行系统学研究中,云南金钱槭内嵌于槭属,导致金钱槭属没有形成单系群;Pfosser等[3]在关于亚洲槭属物种的亲缘关系重建中,金钱槭内嵌于槭属之内,导致金钱槭属在分析中不能作为外群;Grimm等[4]使用ITS片段,利用最大似然法构建槭属系统发育树时,云南金钱槭出现在槭属内部;Li等[5]研究发现,在最大简约法(MP)和最大似然法(ML)构建系统树时,金钱槭属的物种不能形成单系群。此外,相对早期的研究也存在类似情况[6-7]。Yang等[8]虽对此进行了讨论,但目标基因片段选择相对较少,且对于槭属属内分类组的辅助研究材料选择较为局限。因此,对云南金钱槭在其近缘物种中进行系统位置的确定研究,具有重要的理论与实践意义。

    近年来,在物种系统位置相关分析中,基因片段的选择多集中于核ITS片段以及叶绿体trnL-trnF、rbcL、rpl16等片段[9-15]。此外,在金钱槭属及槭属的研究中,也常使用叶绿体psbM-trnD、trnD-trnT片段[5]以及psbA-trnH片段等(未发表数据)。因此,本研究选取8个基因片段,包括6个叶绿体基因片段(psbM-trnD、rbcL、trnD-trnT、rpl16、trnL-trnF和psbA-trnH)与2个核基因片段(ITS与CHS),研究金钱槭属及其近缘属(槭属)的系统发育关系。通过多基因组合系统学分析,尝试理清云南金钱槭的系统位置及其与近缘类群的系统关系,并为其姐妹属(例如:槭属、七叶树属、掌叶木属等)的研究提供帮助。

    • 本研究以云南金钱槭为材料,并在槭树属内14个分类组中[16],每组各选取一个物种作为辅助材料(其中psbM-trnD、trnD-trnT与CHS选取不足14个)(表 1)。此外,七叶树属(Aesculus)作外群。叶绿体基因psbM-trnD、rbcL、trnD-trnT片段与核基因ITS片段序列全部选自GenBank,叶绿体基因rpl16、trnL-trnF与psbA-trnH片段大部分为本实验所得,核基因CHS片段全部为本实验所得(表 1)。每个实验物种采集其幼嫩叶片,分别放入置有变色硅胶的取样袋中干燥、备用。同时,压制凭证标本经由北京林业大学博士生高健鉴定并存放于北京林业大学林学院。

      表 1  试验材料及其序列号

      Table 1.  Species used in this study and their GenBank accession numbers


      Genera

      Section
      来源
      Source
      编号
      Code
      采集者
      Collector

      Species
      序列登录号GenBank accession No.
      ITS CHS psbM- trnD rbcL trnD- trnT rpl16 trnH-PsbA trnL-F
      七叶树属
      Aesculus
      青秀山,南宁Qingxiu Mountain, Nanning k028 陆志成
      LU Zhi-cheng
      A. wangii AF406968 KX000286*
      NCBI A. glabra DQ659840 AY968623
      NCBI A. flava DQ978441 AY968613 DQ978509 DQ978642 DQ978573
      NCBI A. parviflora DQ978448 DQ978510 DQ978643 DQ978574
      上海植物园,上海Shanghai Botanical Garden, Shanghai i008 杜宝明
      DU Bao-ming
      A. chinensis KX000285*
      金钱槭属
      Diteronia
      堵河源保护区,十堰
      Duheyuan National Nature Reserve, Shiyan
      y010 郑德国
      ZHENG De-guo
      D. dyerana DQ238333 KX000287* DQ659838 DQ978443 DQ659778 DQ978512 DQ978645 DQ978576
      青秀山,南宁Qingxiu
      Mountain, Nanning
      k029b 陆志成
      LU Zhi-cheng
      D. sinensis AY605290 KX000288* DQ659839 DQ978444 DQ659779 KU500460* KU500519* KU522513*
      槭属
      Acer
      尖齿枫组
      sect. Arguta
      安图县,延边Antu
      County, Yanbian
      q004 刘琪璟
      LIU Qi-jing
      A. barbinerve AJ634569 KX000274* DQ978395 KU500434* KU500513* KU522490*
      NCBI A. acuminatum DQ659841 DQ659781
      全缘叶枫组
      sect. Oblonga
      上海植物园,上海
      Shanghai Botanical Garden, Shanghai
      i002 杜宝明
      DU Bao-ming
      A. buergerianum AY605466 KX000275* DQ659843 DQ659783 KU500435* KU500514* KU522491*
      NCBI A. buergerianum var. formosanum DQ978396
      枫组sect. Acer NCBI A. caesium subsp. giraldii AY605295 DQ659893 DQ978397 DQ659833 DQ978453 DQ978584 DQ978519
      穗状枫组
      sect. Spicata
      NCBI A. caudatum subsp. multiserratum AY605432 DQ978401
      华南植物园,广州South
      China Botanical Garden, Guangzhou
      d005 简曙光
      lJIAN Shu-guang
      A. caudatum KX000276* DQ659887 DQ659827 KU500444* KU500509* KU522508*
      大花枫组
      sect. Macrantha
      NCBI A. davidii subsp. davidii AY605392 DQ978406
      浙江农林大学,临安
      Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin’an
      o001 陈秋夏
      CHEN Qiu-xia
      A. davidii KX000277* DQ659848 DQ659788
      浙江农林大学,临安
      Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin'an
      o006 陈秋夏
      CHEN Qiu-xia
      A. davidii subsp. grosseri KU500459* KU500550* KU522512*
      鸡爪枫组
      sect. Palmata
      NCBI A. palmatum subsp. palmatum AY605425
      中科院植物所,北京
      Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing
      b015 廖培钧
      LIAO Pei-jun
      A. palmatum KX000280* DQ659867 DQ978421 DQ659807 KU500472* KU500503* KU522530*
      三小叶枫组
      sect. Trifoliata
      堵河源保护区,十堰
      Duheyuan National Nature Reserve, Shiyan
      y005 郑德国
      ZHENG De-guo
      A. griseum AY605467 KX000278* DQ659857 DQ978411 DQ659797 KU500463* KU500530* KU522514*
      扁果枫组
      sect. Hyptiocarpa
      NCBI A. laurinum AM113541 DQ978413 DQ659794 DQ978473 DQ978604 DQ978536
      复叶枫组
      sect. Negundo
      华南植物园,广州South
      China Botanical Garden, Guangzhou
      d001a 简曙光
      JIAN Shu-guang
      A. negundo AY605406 KX000279* DQ659864 DQ978417 DQ659804 KU500471* KU500535* KU522527*
      五小叶枫组
      sect. Pentaphtlla
      茂县,阿坝藏族羌族自治州Maoxian County, Aba Tibetan and Qiang Autonomous Prefecture u003 包维楷
      BAO Wei-kai
      A. pentaphyllum DQ238478 KX000281* DQ659870 DQ978422 DQ659810 KU500474* KU500538* KU522534*
      疏毛枫组sect.
      Pubescentia
      中科院植物所,北京Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing b013 廖培钧
      LIAO Pei-jun
      A. pilosum DQ238345 DQ978423 KU500491* KU500546* KU522535*
      NCBI A. pilosum var. stenolobum KX000282*
      桐状枫组sect.
      Platanoidea
      黑龙江森林植物园,哈尔滨Heilongjiang Forest Botanical Garden, Harbin h004 毛子军
      MAO Zi-jun
      A. pictum subsp. mono LK022665 KU500431* KU500534* KU522525*
      NCBI A. pictum subsp. pictum AB872557
      茶条枫组
      sect. Ginnala
      黑龙江森林植物园,哈尔滨Heilongjiang Forest Botanical Garden, Harbin h002 毛子军
      MAO Zi-jun
      A. tataricum subsp. ginnala AY605363 KX000284* DQ659855 DQ978436 DQ659795 KU500479* KU500521* KU522544*
      NCBI A. sterculiaceum subsp. franchetii DQ366145 DQ978435
      坚果枫组
      sect. Lithocarpa
      紫金山,南京Zijin Mountain, Nanjing m008 葛之葳
      GE Zhi-wei
      A. sinopurpurascens KX000283* DQ659878 DQ659818 KU500490* KU500545* KU522538*
      注:*代表本研究中获得的序列。Notes: * represents sequences obtained in present study; NCBI, National Center for Biotechnology Information.
    • 每份样品取约0.2 g干燥叶片,采用植物基因组DNA小型提取试剂盒(Plant Genomic DNA kit)基因组DNA。叶绿体基因组片段rpl16、trnL-trnF、psbA-trnH和核基因组片段CHS的PCR扩增均在Labnet MultiGeneTM 96-well Gradient Thermal Cycler上完成。PCR反应体系为20 μL,主要包含DNA模板10 ~ 30 ng、50 mmol/L Tris-HCl、1.5 mmol/L MgCl2、1 mmol/L dNTPs、各0.3 μL的正反引物、0.2 U Taq DNA聚合酶(博尔纳德股份有限公司,台湾)。PCR反应程序为:94 ℃预变性3 min;94 ℃变性30 s,52~58 ℃退火30 s,72 ℃延伸60 s,共30个循环;最后72 ℃延伸10 min。PCR扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测后,送往台湾基龙米克斯生物科技股份有限公司并在ABI3730XL遗传分析仪上进行测序。

    • 利用Bioedit 7.1.11软件[17]对获得的基因组片段序列进行整理、拼接以及校正,将经手工矫正后的各基因组片段的序列提交至GenBank,其登录号见表 1。采用MP法与贝叶斯法(BI)分别构建8个单独基因以及6个叶绿体联合基因的系统发育关系。PAUP 4.0b10软件进行MP法分析时,空位(Gap)作为缺失状态,采用启发式搜索(Heuristic search)进行1 000次随机加入,以TBR(tree-bisection-reconnection)进行枝长交换,得到的系统树分枝的可靠性评价使用自展分析(bootstrap, BS)。BI法分析使用MrBayes ver.3.2,利用Modeltest ver.2.2进行模型和参数估计,选择最适碱基替代模型。贝叶斯推断以随机树(random tree)开始分析,2条马尔可夫链(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)同时运行,温度参数值设为0.2,共运行1 000 000代,每100代保留1棵树。前25%代作为动态老化样本(burn-in samples)被舍弃,仅对剩余的静态抽样计算一致性树(consensus tree)并计算相关参数,一致性树上的各分支可信度评价用后验概率(posterior probability, PP)表示。

    • 在6个叶绿体基因单独分析中,云南金钱槭与其属内姐妹种金钱槭形成单系群的有rbcL(BS=87%,PP=100%)与rpl16(BS=90%,PP=98%)片段;psbA-trnH、trnD-trnT与trnL-trnF片段能把金钱槭属与槭属植物很好分开,但不支持属内两个物种形成单系群;而psbM-trnD片段的结果显示金钱槭属与槭属混在一起,形成并系群。

      在6个叶绿体基因联合分析中,覆盖云南金钱槭、金钱槭、槭树属内11个分类组以及外群七叶树属。七叶树属以及部分槭树属内分类组物种的基因片段来源于同一属及同一组的不同物种(表 1)。其中Aesculus flarapsbM-trnD片段由Aesculus glabrapsbM-trnD片段代替,来象征七叶树属;尖齿枫组中Acer barbinervepsbM-trnD与trnD-trnT片段由Acer acuminatumpsbM-trnD与trnD-trnT片段代替,来象征尖齿枫组(Acer sect. Arguta);坚果枫组中Acer sinopurpurascensrbcL片段由Acer sterculiaceum subsp. franchetiirbcL片段代替,来象征坚果枫组(Acer sect. Lithocarpa),此外,扁果枫组(Acer sect. Hyptiocarpa)、疏毛枫组(Acer sect. Pubescentia)、桐状枫组(Acer sect. Platanoidea)因序列不全,不列入6个叶绿体基因联合分析中。6个叶绿体基因联合矩阵的序列总长度为4 860 bp,变异位点为685个,其中信息位点为97个。联合数据的最优进化模型为GTR+G。最大简约法分析得出1棵最简约树,树长为913,一致性指数(consistency index)为0.863 1,保持性指数(retension index)为0.362 2。在叶绿体基因联合最简约树中(图 1),槭属物种(BS = 99%,PP = 100%)被强烈支持形成单系群,而金钱槭属物种虽也被认为是单系群,但其支持度相对较低(BS = 52%,PP = 89%)。此外,金钱槭属与槭属被强烈支持为姐妹属(BS = 100%,PP = 100%)。最大简约法与贝叶斯分析结果显示,两种分析方法所构建的系统树拓扑结构较为一致,在自展支持率上,贝叶斯分析略高于最大简约法。

      图  1  基于叶绿体基因合并序列分析构建的最大简约树

      Figure 1.  Single most parsimonious tree generated from combined chloroplast data

    • CHS序列分析中涵盖了云南金钱槭、金钱槭、槭树属内11个物种(分别代表 11个组)及2个七叶树属物种(表 1)。CHS矩阵的序列总长度为526 bp, 变异位点为78个,其中信息位点为64个。数据的最优进化模型为HKY+G。最大简约法分析得出1棵最简约树,树长为114,一致性指数(CI)为0.736 8,保持性指数(RI)为0.687 5。在CHS序列数据分析中(图 2),云南金钱槭与其姐妹种金钱槭形成高支持度的单系群(BS = 99%,PP = 99%),但与6个叶绿体基因分析结果不同,金钱槭属与槭树属间关系较为模糊。

      图  2  基于CHS序列分析构建的最大简约树

      Figure 2.  Single most parsimonious tree generated from CHS data

    • ITS序列分析中涵盖了云南金钱槭、金钱槭、槭树属内14个物种(分别代表 14个组)及1个七叶树属物种(表 1)。ITS矩阵的序列总长度为559 bp,变异位点为178个,其中信息位点为81个。联合数据的最优进化模型为GTR+G。最大简约法分析得出1棵最简约树,树长为415,一致性指数(CI)为0.566 3,保持性指数(RI)为0.174 3。在ITS序列数据分析中(图 3),金钱槭属物种与槭属物种混在一起,为并系群。其中,云南金钱槭内嵌于槭属内部,与梣叶槭(Acer negundo)聚合在系统树的末端。

      图  3  基于ITS序列分析构建的最大简约树

      Figure 3.  Single most parsimonious tree generated from ITS data

    • 方文培[1]、Xu等[16]根据云南金钱槭冬芽裸露,叶系为羽状复叶(7 ~ 15小叶)以及果实具有圆形翅等特征,与具有类似形态的金钱槭一并归入金钱槭属。而以上的形态差异也正是金钱槭属与槭属主要的形态分类依据。在以往关于槭属的系统学研究中,出现过多次云南金钱槭的系统位置内嵌于槭属内部的现象[2, 4-5]。更有甚者,因金钱槭属物种不能与槭属物种区分,从而把2个属作为一个整体进行讨论[3]。在本研究中,通过叶绿体基因组合、CHS片段和ITS片段的分析显示,的确存在云南金钱槭系统位置不一致的现象。在6个叶绿体基因组合构建的系统发育树中,云南金钱槭与金钱槭形成单系群,且金钱槭属与槭属互为姐妹属(BS = 100%, PP = 100%)(图 1),此结果支持Renner等[18]基于叶绿体基因构建的系统发育树。值得注意的是,以往基于叶绿体基因的研究中,曾出现过金钱槭属内物种内嵌于槭属内部[2-3]以及金钱槭属与槭属之间形成并系群的状况[5],但这类状况多出现在基于少量叶绿体基因的研究结果(单个或两个)。而在本研究中增加叶绿体基因数量之后,云南金钱槭所在的金钱槭属与槭属之间被高度支持为姐妹属(图 1)。所以,从基于叶绿体基因遗传分析的角度来讲,支持前人形态分类学[1, 16]的结果。

      相较于母系遗传的叶绿体基因,双亲遗传的核基因可能蕴含着更加丰富的系统发育信息[19]。在CHS基因构建的系统发育树中,云南金钱槭所在的金钱槭属为单系群并被强烈支持(BS=99%, PP=99%),但与槭属间的亲缘关系并不明确(图 2)。而且,核CHS基因对于槭属属内物种间亲缘关系的解析力较差(图 2)。这可能是由于核CHS基因缺乏足够的变异信息位点所导致。而在核ITS基因构建的系统发育树中,云南金钱槭的系统位置位于槭属内部(图 3),此前也有类似的研究结果[4, 8]。由于核基因相较于叶绿体基因具有较快的进化速率[20],以及金钱槭属与槭属的分化时间约为62百万年前[18]。所以,在核ITS基因中,云南金钱槭与槭属物种可能因长时间的适应性进化导致序列出现趋同,而单亲遗传的叶绿体基因的变异相对保守,反应出较为原始的系统关系。需要指出的是,核ITS基因存在多拷贝的情况,况且槭树科的物种间杂交较为常见[3],协同进化的时间可能不足以使多个拷贝变为相同的基因型。所以,克隆挑选出直系同源拷贝进行系统发育重建可能是下一步的研究方向。

      综上所述,6个叶绿体基因组合与核CHS基因的序列分析结果,均支持云南金钱槭所在的金钱槭属为单系群,并且6个叶绿体基因组合高度支持金钱槭属与槭属互为姐妹属。核ITS基因虽然支持云南金钱槭归入槭属之内,但多拷贝的问题值得注意。结合形态学证据,尤其是云南金钱槭与槭属植物翅果形状的明显差异[1, 16],建议云南金钱槭的系统位置继续放在金钱槭属之内。此外,完善槭属物种的采样种类以及增加实验所选择的基因数量,将有助于进一步准确界定云南金钱槭的系统位置。

      致谢  感谢台湾师范大学廖培钧副教授、黄秉宏博士和内蒙古大学柴诗瑶老师对论文初稿的修改。

参考文献 (20)

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