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榛(Hazelnut)隶属于桦木科(Betulaceae)榛属(Corylus Linn.)植物,世界上约有20种(变种),在亚洲、欧洲和北美洲呈洲际间断分布。自19世纪中期以来,国内外学者都曾致力于榛属的系统发育研究,但到目前为止仍没有明确的定论,尤其是对榛属的起源、演化及分布格局成因的研究仍为空白。中国是榛属植物的多样性分布中心,其中平榛物种复合体(C.heterophylla Fisch.complex)是分布最广泛的一个类群,由平榛(C.heterophylla Fisch.)及其近缘种川榛(C.kweichowensis Hu.)、滇榛(C.yunnanensis A.Camus)构成。该复合体蕴藏着丰富的遗传资源,但关于它们的物种分化、群体结构及基因谱系关系的研究极为有限,从而阻碍了资源保护和良种选育的进程。本研究在对榛属物种及平榛复合体居群进行全面取样的基础上,基于叶绿体全基因组测序,揭示了榛属叶绿体基因组的变异和进化特征,并在质体基因组水平对种间关系进行评估;通过2b-RAD简化基因组测序,在核基因组水平研究了榛属的系统发育关系和生物地理学;以单拷贝核基因为分子标记,采用群体遗传学的方法探索了平榛复合体的遗传结构和物种分化。主要结果如下:1.揭示了榛属叶绿体基因组的变异和进化特征。榛属叶绿体基因组为闭合环状的四分体结构(LSC、SSC、IRa、IRb),每个基因组均编码131个基因,其中18个基因在IR区有两个拷贝。LSC、SSC区的变异程度显著高于IR区,从中筛选出的9个变异热点区域可以作为榛属潜在的分子标记。大多数物种的IR/SSC边界位置及其侧翼基因相对稳定,而IR/LSC边界位置存在不同程度的变异,尤其藏刺榛(C.ferox var.thibetca)、华榛(C.chinensis Franch.)、欧洲榛(C.avellana L.)和平榛的IR区发生了扩张。榛属叶绿体基因组中蕴含大量的重复结构(散在、串联重复以及SSR),这些重复结构主要分布在LSC区的基因间隔区。叶绿体系统发育推断支持广义桦木科划分为桦木亚科(Betuloideae)和榛亚科(Coryloideae),也支持榛属在榛亚科中的单系位置,叶绿体捕获机制导致叶绿体谱系关系与地理分布密切相关。2.构建了榛属的系统发育框架、阐明了榛属的起源、演化和迁移路线。基于简化基因组测序开发的全基因组SNPs,系统发育树、物种树及STRUCTURE分析揭示的物种聚类、分组存在一定差异(欧洲榛和华榛的系统发育位置),但总体一致,其中NO-RECOMBINATION系统发育推断揭示了最优的分类和系统进化关系,将榛属划分为四个主要谱系分支。STRUCTURE分析和Neighbor-Net系统发育网络共同揭示了各分支间普遍存在的杂交渐渗和网状进化信号,这也是核质系统发育不一致的重要原因。维西榛(C.wangii Hu.)很可能源于同域分布滇榛和刺榛(C.ferox Wall.)的杂交,而华榛的祖先则来自于平榛组(Section Phyllochlamys)和土耳其榛组(Section Colurnae)的某两个亲本。榛属祖先大约在始新世中期起源于中国西南地区,通过长距离扩散到达欧洲和北美洲,而中新世以来的气候动荡和生境片段化导致东亚物种多样化。3.解析了平榛物种复合体的群体结构和遗传分化。平榛、川榛、滇榛均具有较高的核苷酸多态性,川榛稍高于平榛和滇榛。三个物种在10个核基因位点上的总体重组水平一致,R_m均值为5。中性检验表明多数单拷贝核基因位点都符合中性进化假设,只有少数位点偏离中性。在复合体水平上,遗传变异主要来自居群内,其次为种内居群间,种间的遗传分化水平最低;在物种水平上,居群内遗传分化显著大于居群间。平榛与川榛亲缘关系较近,遗传分化不明显,而滇榛则首先从平榛复合体分化出来。三个物种间大量共享高频率单倍型,具有重叠分布区的平榛和川榛、川榛和滇榛共享较多的中等频率单倍型,而单一居群或邻接居群则共享很多特有的低频率单倍型。综上所述,本研究对世界榛属植物以及中国特有平榛物种复合体的遗传背景进行了深刻的剖析,研究的成果为今后榛属种质资源创新、分子辅助育种奠定了基础。