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科研進展
昆明植物研究所及合作者在蕨類植物的系統(tǒng)進化研究中取得進展 文章來源:中國科學院東亞植物多樣性與生物地理學重點實驗室 | 發(fā)布時間：2017-08-08 | 作者:張良 | 瀏覽次數： | 【打印】 【關閉】 分子系統(tǒng)學的研究手段與蕨類植物系統(tǒng)分類研究相結合已有約25年的歷史，相關研究成果為我們客觀地了解蕨類植物各分類單元之間的系統(tǒng)進化關系、定義自然的分類群（如科、屬、種等）提供了有力的支撐。2006年發(fā)表的Smith系統(tǒng)以及2016年發(fā)表的PPG I系統(tǒng)是蕨類植物系統(tǒng)學研究成果的集中總結。蕨類植物總體系統(tǒng)框架已經構建起來，但部分科間的系統(tǒng)進化關系仍有待澄清，如：木賊科Equisetaceae是否為真蕨類的基部類群而與其它真蕨類構成姊妹關系；松葉蕨科Psilotaceae、鳳尾蕨科Pteridaceae、碗蕨科Dennstaedtiaceae等的系統(tǒng)位置尚不明確。此外，部分科內屬的數量及部分屬的界限還不明確。 近年來，中國科學院昆明植物研究所孫航研究組的張良博士與成都生物研究所高信芬研究員以及密蘇里植物園的張麗兵研究員和周新茂博士進行合作，對蕨類植物鳳尾蕨亞科Pteridoideae、叉蕨屬Tectaria以及石韋屬Pyrrosia的系統(tǒng)發(fā)育關系進行了重建，取得了一定研究成果，相關研究簡介如下。 鳳尾蕨科是蕨類植物的第二大科，約1000種；鳳尾蕨亞科為鳳尾蕨科的5個亞科之一?；邙P尾蕨亞科154個樣本近87個種的6個葉綠體片段的數據，研究人員構建的系統(tǒng)發(fā)育關系顯示：（1）鳳尾蕨亞科至少由14個屬組成，其中包括本研究發(fā)現的一個新屬（圖1）；（2）鳳尾蕨亞科可以進一步劃分為4個支；（3）金粉蕨屬Onychium可分為兩個大支，一支以黑足金粉蕨O. cryptogrammoides為代表，另一支以金粉蕨O. siliculosum為代表；（4）過去定義的翠蕨屬Anogramma并不是個自然類群（分子證據表明一些種類應從翠蕨屬中獨立出來），其中3種歸入到研究人員發(fā)表的新屬Gastoniella （gen. nov.）中。印第安納大學的Gerald J. Gastony博士在鳳尾蕨科的系統(tǒng)學研究中貢獻突出，新屬Gastoniella以他的名字命名。叉蕨科Tectariaceae叉蕨屬Tectaria包含150-210種，泛熱帶分布。最近的分子系統(tǒng)學研究基本構建了該屬的系統(tǒng)發(fā)育關系?；?/span>360個樣本的8個葉綠體片段和1個核基因的數據，研究人員重建了叉蕨屬的系統(tǒng)發(fā)育關系顯示（圖2）：（1）之前研究所定義的叉蕨屬在本研究得到進一步確定；（2）支持把屬Lenda、Microbrochis、Phlebiogonium和Sagenia歸入到叉蕨屬中；（3）結合分子、形態(tài)和地理分布的證據可以把該屬分為12個大支；（4）該屬13個形態(tài)特征的演化歷史重建顯示它們單獨均不作為叉蕨屬的共衍征，但部分特征如葉脈類型等，可以用于界定叉蕨屬的12個大支；（5）叉蕨屬內部分具分離葉脈的種類可能由具網結葉脈的祖先多次演化而來。 石韋屬Pyrrosia分布于舊熱帶，約有51-100種。圍繞該屬的大部分種類已經開展了較為細致的形態(tài)學、孢粉學等研究，但該屬的系統(tǒng)發(fā)育關系仍有待進一步確立，很多種類的系統(tǒng)位置尚不清楚?；谒埞强?/span>Polypodiaceae的220個樣本5個葉綠體片段的數據，研究人員重建了鹿角蕨亞科Platycerioideae的系統(tǒng)發(fā)育關系（圖3）。主要的結果包括：（1）之前定義的石韋屬中，兩個產于非洲的種類Pyrrosia liebuschii和P. schimperiana共同構成的支與鹿角蕨屬Platycerium形成姊妹關系，它們進一步與其余的石韋屬種類構成姊妹群關系；（2）鹿角蕨亞科包含三個屬：鹿角蕨屬、石韋屬和新屬Hovenkampia (gen. nov.)；（3）石蕨屬Saxiglossum為石韋屬中Niphopsis clade的基部分支；（4）抱樹蓮屬Drymoglossum的種類分布在石韋屬的兩個不同分支中，因此抱樹蓮屬應歸并到石韋屬中。 以上研究結果先后發(fā)表在分子系統(tǒng)學主流期刊MPE (Molecular Phylogenetics and Evolution)上。研究得到了國家自然科學基金（#31400196，#31628002）以及中國植物志英文版Franklinia基金的資助。
圖1 新屬Gastoniella. A–D. Gastoniella chaerophylla: —A. 植株形態(tài). —B. 孢子囊. —C. 小羽片. —D. 孢子. E–G. Gastoniella ascensionis. —E. 植株形態(tài). —F. 小羽片. —G. 部分裂片.
圖2 基于8個葉綠體片段和1個核基因片段構建的叉蕨屬的系統(tǒng)發(fā)育樹
圖3 基于5個葉綠體片段構建的鹿角蕨亞科的系統(tǒng)發(fā)育樹 （責任編輯：李雪） |
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