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藜科作为中亚植物的五大科之一,也是中亚沙漠植物中最古老,最大的科,同时藜科分布广泛,几乎在所有海拔高度都有藜科的植物,是研究中亚植物地理学和系统发育学的良好试验材料。虫实属(Corispermum L.)隶属于藜科(Chenopodiaceae)虫实族(Coeispermeae Moq.),本属现记载有60余种,除少数种类出现在北美(11种)外,绝大多数种类分布在欧亚大陆而以亚洲最多。虫实属属下分类存在问题,在藜科的系统学位置也不确定,严重阻碍了整个藜科系统发育的研究,因此本次研究的目的是搞清楚虫实属及其相关近缘类群的系统发育关系并对虫实属属下进行分类研究。
本研究通过对我国20多种虫实属的植物进行测序,并选取猪毛菜属(SalsolavermiculataL.,Salsola canescens Boiss.)、碱蓬属(Suaeda maritime(L.) Dumort, Suaedacrassifolia Pall.)及盐爪爪属(Kalidium capsicum(L.) Ung.-Sternb)、藜属(Chenopodiumbotrys L.)、樟味藜属(Camphorosma monspeliaca L.)为外类群,选择来自于核基因组(ITS)和叶绿体基因组(psbB-psbH,rbcL)的3个DNA片段,基于最大简约分析(Maximum parsimony analysis简称MP),最大似然分析(Maximum likelihood analysis简称ML)和贝叶斯分析(Bayesian inference analysis简称BI)对虫实属进行分子系统发育重建。通过序列分析构建虫实属系统发育树,同时结合已有的对虫实属的各方面研究,讨论了该属的属下分类(属下组的分类等级)。主要结果如下:⑴核基因DNA片段ITS序列分析:核基因DNA片段ITS序列矩阵长661bp,其中变异位点有294(44.5%),有效变异位点即系统发育信息位点为212(33.4%)。其分析结果支持虫实属为单系类群(Bootstrap支持率>60%,Bayers支持率>92%),其中虫实族内虫实属和沙蓬属的密切关系也得到证明。⑵叶绿体基因组DNA片段psbB-psbH和rbcL序列的联合分析:2个叶绿体基因片段的联合分析中,数据矩阵长1979bp,其中变异位点有257(13.0%),信息位点149(7.5%)。分析构建的系统发育树表明:虫实属为单系并与沙蓬属关系密切,虫实属分为3个支(clade),部分种因分辨率较低而与3个分支保持并系。⑶3个DNA片段的联合分析:3个DNA片段(ITS,psbB-psbH,rbcL)的联合数据矩阵长2640bp,其中含变异位点551(20.9%),信息位点361(13.7%)。分析构建的系统发育树表明:虫实属为单系并与沙蓬属关系密切,虫实属分为4个支,与地理分布相吻合。⑷形态学性状进化树:虫实属形态学分类的主要依据是种子的形态学特征,我们能总结了虫实属15个形态学特征,以3个DNA片段联合分析建立的系统发育树为基础,构建了形态学性状进化树,支持系统发育树的分支。根据得到的分子系统发育树和形态学进化树,并结合前人的研究资料,我们认为:①虫实族是一个单系类群;②虫实属是一个单系类群,作为藜科的一个自然类群是可靠的,且与沙蓬属亲缘关系较近;③以分子系统发育树为基础,结合形态学特征,将虫实属分为4个组。