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蔷薇亚科(Rosoideae)作为蔷薇科(Rosaceae)的重要组成部分，包含大约56个属1500余种的灌木、草本和乔木。该亚科的果实类型为小核果或瘦果。蔷薇亚科的植物遍布世界各地，主要分布在温带的东亚和北美地区。该亚科植物具有很高的经济价值，有的是重要的水果，有的是药材，还有一些种类具有很高的观赏价值，是园林绿化、造景的重要来源。蔷薇亚科的分类及系统发育关系等问题一直受到许多学者的关注，在早年的研究中，对于蔷薇亚科的划分一直存在争议。传统分类学依靠形态证据进行分类的局限性，是造成蔷薇亚科分类争议的主要原因。前期虽利用分子证据解决了蔷薇亚科族的划分，但是一些属间关系和种间关系还没有得到很好的解决。物种作为研究时获取信息或是提供信息的基本单位，其划分的不合理导致的错误信息会为科学研究和实际应用带来严重的后果，而错误信息的源头的产生就是物种界定与鉴定。蔷薇亚科的物种划分问题是中国植物分类问题的典型代表之一，其物种问题能够很好的解决，对于解决其他类群的物种问题将会有极大的参考意义。因此，本研究解决的科学问题有以下两个方面:第一，蔷薇亚科的系统发育关系;第二，蔷薇亚科物种的分子物种界定。具体研究内容包括两部分:通过属水平、种水平两个层面，结合分歧时间估计和生物地理分析，揭示蔷薇亚科的系统发育关系。与此同时，以蔷薇亚科蚊子草族的物种分子界定分析为例，探讨了蔷薇亚科的物种界定问题。主要研究结果如下:
(1)蔷薇亚科族间和属间系统发育关系。基于12个叶绿体基因组中常用DNA条形码且进化速率较快的片段（matK，rbcL，trnL，trnL-F，ndhF，ycf1，trnC-ycf6，trnS-G，trnS，psbA-trnH，rpoC1，trnS-ycf9），重建了蔷薇亚科属水平的系统发育关系。系统发育树构建结果显示，蔷薇亚科内部主要分为6个高支持率分支，对应蔷薇亚科的6个族，即委陵菜族、蔷薇族、悬钩子族、龙牙草族、无尾果族和蚊子草族。根据系统发育证据，建议赤须梅属（Eryrhrocoma Greene）和羽叶花属（Acomastylis Greene）合并至路边青属(Geum L.);委陵菜属（Potentilla L.）建议使用其狭义定义，且金露梅属（Dasiphora Raf.）、绵刺属（Potaninia Maxim.）以及石陵菜属(Drymocallis Fourr.ex Rydb.)分别划分为独立的属更为合理。由于在轮鼠莓属（Comarella Rydb.）、冠莓草属（Horkelia Cham.&Schltdl.）、冠陵菜属(Horkeliella(Rydb.)Rydb.)、鼠莓属(Ivesia Torr.&A.Gray)、蛇莓属（Duchesnea Sm.）和委陵菜属之间相近的亲缘关系，本研究建议将其合并成一个属，等等。在重新界定后，蔷薇亚科包含的属的数量从原来的56个属（包含已接受的属及其异名属）变为36个属，且厘清各个属间的关系。据估计蔷薇亚科在大约69.77个百万年前的白垩纪晚期与其他亚科分开后，在第三纪中新世亚科内大部分属进行分化，蔷薇亚科在70个百万年前在北美和亚洲地区十分繁荣，蔷薇亚科经过至少369次扩散事件，8次地理隔离事件和2次灭绝事件才达到现存的地理分布。在8次地理隔离事件中，3次发生在委陵菜族内部，3次发生在龙牙草族内部，1次发生在无尾果族冠群节点，以及1次发生在蔷薇亚科冠群节点，2次灭绝事件则发生在委陵菜族内部。
(2)蔷薇亚科种间系统发育关系。基于11个叶绿体基因片段（matK-1，matK-2，rbcL-1,rbcL-2,atpB-rbcL-1,atpB-rbcL-2,trnH-psbA,trnL,trnL-F,ycfl-l,ycfl-2)和2个核基因的4个片段(ITS1，ITS2，sbeI-l，sbeI-2)，我们对蔷薇亚科847个种的4386份样品进行了种水平的系统发育重建。草莓属的Fragaria virginiana与F.x ananassa的姐妹群关系得到重建;委陵菜属的P.parvifolia、P.fruticose（=Dasiphora fruticosa）、P.glabra与金露梅属、绵刺属聚为一支，且具有强力支持;而P.argentea var.pseudocalabra、P.drummondii、P.arguta、P.reflexa、P.glandulosa嵌入到石陵菜属中;蔷薇属中单叶蔷薇亚属的两个种小檗叶蔷薇（Rosa berberifolia）和R.persica聚为一支，与沙蔷薇亚属的R.stellata、R.minutifolia组成的分支互为姐妹群关系，蔷薇亚属的金樱子组的金樱子（R.laevigata）和重瓣金樱子(R，laevigata f.semiplena)与大花白木香（R.x fortuneana）聚为一支，木香组物种聚为一支，木香花（R.banksiae）、木香花原变种（R.banksiae var.banksiae）、黄木香花（R.banksiae f.lutea）、单瓣白木香(R.banksiae var.normalis)聚成的分支与小果蔷薇（R.cymosa）、毛叶山木香（R.cymosa var.puberula）聚成的分支互为姐妹群关系。木香组分支与硕苞组的硕苞蔷薇（R.bracteata）互为姐妹群关系，等等。多序列大样本量的物种介入，对于厘清蔷薇亚科各类群间系统发育关系具有一定的帮助，同时对其他物种丰富的类群的研究具有参考意义。
(3)蚊子草族的物种界定。物种的分子检验是一门新兴的学科，本研究以蔷薇亚科的蚊子草族为例进行了尝试，使用分子物种界定bPTP和ABGD法，通过筛选的8个叶绿体基因和1个核基因片段，对蚊子草族的14个物种进行物种界定分析，结果显示有4个种形态分类结果与分子检验结果一致，即锈脉蚊子草（Filipendula vestita）、台湾蚊子草（F.kiraishiensis）、F.tsuguwoi、F.occidentalis，系统发育结果与物种界定结果一致支持其划分为一个独立种的结果。F.multijuga的系统发育结果虽然支持其形态分类结果，认为其是一个种，但是物种界定结果一致认为应该将其划分为两个种。F.camschatica与槭叶蚊子草（F.glaberrima=F.yezoensis）系统发育关系较近，物种界定认为两个种应该进行重新划分，不同方法得到的划分物种数量在2-8个种不等。细叶蚊子草（F.angustiloba）、翻白蚊子草（F.intermedia）、光叶蚊子草（F.nuda=F.palmata var.glabra）、蚊子草（F.palmata）、F.rubra、F.formosa这几个物种的系统发育关系模糊，物种界定结果支持将其合并为1-2种。本研究对不同数据集以及不同分子物种界定方法进行了比较讨论，为今后对蔷薇亚科物种问题的深入研究奠定了基础。
本研究通过大量的蔷薇亚科取样，多基因片段联合，同时结合了高通量扩增以及测序的试验体系，对蔷薇亚科的系统发育关系和物种界定问题进行了探讨，为蔷薇亚科的系统发育关系及物种问题提供理论和技术上的参考。
(1)蔷薇亚科族间和属间系统发育关系。基于12个叶绿体基因组中常用DNA条形码且进化速率较快的片段（matK，rbcL，trnL，trnL-F，ndhF，ycf1，trnC-ycf6，trnS-G，trnS，psbA-trnH，rpoC1，trnS-ycf9），重建了蔷薇亚科属水平的系统发育关系。系统发育树构建结果显示，蔷薇亚科内部主要分为6个高支持率分支，对应蔷薇亚科的6个族，即委陵菜族、蔷薇族、悬钩子族、龙牙草族、无尾果族和蚊子草族。根据系统发育证据，建议赤须梅属（Eryrhrocoma Greene）和羽叶花属（Acomastylis Greene）合并至路边青属(Geum L.);委陵菜属（Potentilla L.）建议使用其狭义定义，且金露梅属（Dasiphora Raf.）、绵刺属（Potaninia Maxim.）以及石陵菜属(Drymocallis Fourr.ex Rydb.)分别划分为独立的属更为合理。由于在轮鼠莓属（Comarella Rydb.）、冠莓草属（Horkelia Cham.&Schltdl.）、冠陵菜属(Horkeliella(Rydb.)Rydb.)、鼠莓属(Ivesia Torr.&A.Gray)、蛇莓属（Duchesnea Sm.）和委陵菜属之间相近的亲缘关系，本研究建议将其合并成一个属，等等。在重新界定后，蔷薇亚科包含的属的数量从原来的56个属（包含已接受的属及其异名属）变为36个属，且厘清各个属间的关系。据估计蔷薇亚科在大约69.77个百万年前的白垩纪晚期与其他亚科分开后，在第三纪中新世亚科内大部分属进行分化，蔷薇亚科在70个百万年前在北美和亚洲地区十分繁荣，蔷薇亚科经过至少369次扩散事件，8次地理隔离事件和2次灭绝事件才达到现存的地理分布。在8次地理隔离事件中，3次发生在委陵菜族内部，3次发生在龙牙草族内部，1次发生在无尾果族冠群节点，以及1次发生在蔷薇亚科冠群节点，2次灭绝事件则发生在委陵菜族内部。
(2)蔷薇亚科种间系统发育关系。基于11个叶绿体基因片段（matK-1，matK-2，rbcL-1,rbcL-2,atpB-rbcL-1,atpB-rbcL-2,trnH-psbA,trnL,trnL-F,ycfl-l,ycfl-2)和2个核基因的4个片段(ITS1，ITS2，sbeI-l，sbeI-2)，我们对蔷薇亚科847个种的4386份样品进行了种水平的系统发育重建。草莓属的Fragaria virginiana与F.x ananassa的姐妹群关系得到重建;委陵菜属的P.parvifolia、P.fruticose（=Dasiphora fruticosa）、P.glabra与金露梅属、绵刺属聚为一支，且具有强力支持;而P.argentea var.pseudocalabra、P.drummondii、P.arguta、P.reflexa、P.glandulosa嵌入到石陵菜属中;蔷薇属中单叶蔷薇亚属的两个种小檗叶蔷薇（Rosa berberifolia）和R.persica聚为一支，与沙蔷薇亚属的R.stellata、R.minutifolia组成的分支互为姐妹群关系，蔷薇亚属的金樱子组的金樱子（R.laevigata）和重瓣金樱子(R，laevigata f.semiplena)与大花白木香（R.x fortuneana）聚为一支，木香组物种聚为一支，木香花（R.banksiae）、木香花原变种（R.banksiae var.banksiae）、黄木香花（R.banksiae f.lutea）、单瓣白木香(R.banksiae var.normalis)聚成的分支与小果蔷薇（R.cymosa）、毛叶山木香（R.cymosa var.puberula）聚成的分支互为姐妹群关系。木香组分支与硕苞组的硕苞蔷薇（R.bracteata）互为姐妹群关系，等等。多序列大样本量的物种介入，对于厘清蔷薇亚科各类群间系统发育关系具有一定的帮助，同时对其他物种丰富的类群的研究具有参考意义。
(3)蚊子草族的物种界定。物种的分子检验是一门新兴的学科，本研究以蔷薇亚科的蚊子草族为例进行了尝试，使用分子物种界定bPTP和ABGD法，通过筛选的8个叶绿体基因和1个核基因片段，对蚊子草族的14个物种进行物种界定分析，结果显示有4个种形态分类结果与分子检验结果一致，即锈脉蚊子草（Filipendula vestita）、台湾蚊子草（F.kiraishiensis）、F.tsuguwoi、F.occidentalis，系统发育结果与物种界定结果一致支持其划分为一个独立种的结果。F.multijuga的系统发育结果虽然支持其形态分类结果，认为其是一个种，但是物种界定结果一致认为应该将其划分为两个种。F.camschatica与槭叶蚊子草（F.glaberrima=F.yezoensis）系统发育关系较近，物种界定认为两个种应该进行重新划分，不同方法得到的划分物种数量在2-8个种不等。细叶蚊子草（F.angustiloba）、翻白蚊子草（F.intermedia）、光叶蚊子草（F.nuda=F.palmata var.glabra）、蚊子草（F.palmata）、F.rubra、F.formosa这几个物种的系统发育关系模糊，物种界定结果支持将其合并为1-2种。本研究对不同数据集以及不同分子物种界定方法进行了比较讨论，为今后对蔷薇亚科物种问题的深入研究奠定了基础。
本研究通过大量的蔷薇亚科取样，多基因片段联合，同时结合了高通量扩增以及测序的试验体系，对蔷薇亚科的系统发育关系和物种界定问题进行了探讨，为蔷薇亚科的系统发育关系及物种问题提供理论和技术上的参考。