全 文 ：基于叶绿体四个DNA片段联合分析探讨山茶属
长柄山茶组、金花茶组和超长柄茶组的
系统位置与亲缘关系*
方暋伟,杨俊波,杨世雄,李德铢**
(中国科学院昆明植物研究所生物多样性与生物地理学重点实验室,云南 昆明暋650204)
摘要:为探讨山茶属茶亚属 (Cameliasubgen灡Thea)中长柄山茶组 (sect灡Longipedicelata)、金花茶组
(sect灡Chrysantha)和超长柄茶组 (sect灡Longissima)的系统位置和亲缘关系,本研究选取了该属4个亚
属11组28个种及2个外类群的材料,对这些材料的叶绿体4个DNA片段 (rpl16、psbA灢trnH、trnL灢F
和rpl32灢trnL)进行了测序,运用邻接法 (neighbor灢joining)、最大简约法 (maximum灢parsimony)和贝叶
斯推断 (Bayesianinference)对获得的序列进行了联合矩阵分析,并构建基因树。基因树的拓扑结构显示:
1)金花茶组包括3个平行的支系,并且长柄山茶组的模式种长柄山茶 (Camelialongipedicelata)嵌于其
中一个支系,因而金花茶组可能是一个并系或多系类群;2)长柄山茶与越南分布的金花茶组种类在分子
系统树上构成一个单系支,暗示了长柄山茶组和金花茶组之间可能具有紧密的亲缘关系;3)超长柄茶组
不是一个单系类群,该组的河口超长柄茶 (C灡hekouensis)位于系统树的基部,与山茶属其余种构成姐妹
群。由于缺乏更广泛取样的分析,超长柄茶在山茶属中的系统位置仍然不明确,超长柄茶组与长柄山茶组
的亲缘关系问题也没有得到解决。
关键词:山茶属;长柄山茶组;金花茶组;超长柄茶组;系统学关系;叶绿体DNA序列
中图分类号:Q949,Q75暋暋暋暋暋文献标识码:A暋暋暋暋暋暋文章编号:0253灢2700(2010)01灢001灢13
PhylogenyofCameliasects灡Longipedicelata,Chrysantha
andLongissima(Theaceae)BasedonSequenceData
ofFourChloroplastDNALoci
FANG Wei,YANGJun灢Bo,YANGShi灢Xiong,LIDe灢Zhu**
(KeyLaboratoryofBiodiversityandBiogeography,KunmingInstituteofBotany,
ChineseAcademyofSciences,Kunming650204,China)
Abstract:WefocusedonthesystematicpositionsandrelationshipsofthreesectionsofCameliasub灢
gen灡TheaofTheaceae,i灡e.,sect灡Longipedicelata,sect灡Chrysantha(goldencamelias)andsect灡Longissima
byusingfourchloroplastDNAregions(rpl16,psbA灢trnH,trnL灢F&rpl32灢trnL).Wesampled28spe灢
ciesrepresentingfoursubgenus,11sectionsinCameliaandtwooutgroups.Combinedanalysesofchloro灢
plastDNAsequencedatasetsareperformedwiththeneighbor灢joining,maximum灢parsimonyandBayesianin灢
ferencemethods,andthegenetreesareconstructed.Thetopologiesofgenetreesrevealedthat:1)sect.
Chrysanthaisparaphyleticorpolyphyletic,containingthreeparalellineagesandCamelialongipedicelata
(typeofsect灡Longipedicelata)nestedinside;2)alfourspeciesfromVietnam,togetherwithC.longipedi灢
云 南 植 物 研 究暋2010,32(1):1~13
ActaBotanicaYunnanica暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋DOI:10灡3724/SP灡J灡1143灡2010灡09120
*
**
基金项目:国家自然科学金灢面上项目 (编号:30870169)
Authorforcorrespondence;E灢mail:dzl@mail灡kib灡ac灡cn
收稿日期:2009灢06灢16,2009灢12灢23接受发表
作者简介:方伟 (1981-)男,硕士,主要从事植物系统发育与分子进化研究。
celata,forming a wel灢supported monophyleticclade,whichimpliesthecloserelationship between
sect灡Longipedicelata and sect灡Chrysantha;and 3)sect灡Longissima is not monophyletic because
C灡hekouensisisthesistertotherestofCameliaspecies.ThesystematicpositionofC灡longissimaandthe
relationshipbetweensect灡Longissimaandsect灡Longipedicelataareunsolved.
Keywords:Camelia;sect灡Longipedicelata;sect灡Chrysantha;sect灡Longissima;Phylogeneticrelation灢
ships;ChloroplastDNAsequences
暋暋张宏达于1979年建立金花茶组Camelia
sect灡ChrysanthaH.T.Chang,后于1981年建
立长柄山茶组C.sect灡LongipedicelataH.T.
Chang和超长柄茶组C.sect灡LongissimaH.T.
Chang;3个组均隶属于山茶属茶亚属Camelia
subgen灡Thea H.T.Chang (张宏达,1979,
1981)。长柄山茶组和超长柄茶组的种类较少,
分别只包括2个种和3个种;而金花茶组种类较
多,共有18个种 (张宏达,1996;张宏达和任
善湘,1998)。3个组的地理分布基本一致,绝
大多数种类集中分布于越南北部,以及我国的广
西、贵州西南部和云南东南部的低海拔地区。
Sealy系统 (Sealy,1958)、张宏达系统 (张
宏达,1981,1996;张宏达和任善湘,1998;
ChangandBartholomew,1984)和闵天禄系统
(闵天禄和张文驹,1996;闵天禄,1999,2000;
MingandBartholomew,2007)是目前3个主要
的山茶属形态分类系统 (表1)。这三个分类系统
对于长柄山茶组、金花茶组和超长柄茶组的处置
意见并不一致。Sealy(1958)系统并未设立这3
个组,黄花茶Cameliaflava(Pitard)Sealy、显
脉金花茶C灡euphlebiaMerr.exSealy隶属于古
茶组 sect灡 Archecamelia Sealy,中 越 山 茶
C灡indochinnensis Merr. 隶 属 于 连 蕊 茶 组
C灡sect灡TheopsisCohenStuart。张宏达 (1981)
将C灡flava 和C灡euphlebia 移 入 金 花 茶 组,将
C灡indochinnensis移入长柄山茶组;在其系统中,
长柄山茶组与金花茶组的亲缘关系最为密切,而
超长柄茶组则与茶组C灡sect灡Thea(L.)Dyer系
统关系接近 (张宏达,1981;叶创兴和许兆然,
1992;叶创兴,1993;叶创兴和张宏达,1997)。
闵天禄和张文驹 (1993)认为金花茶组应并入古
茶组,这与Sealy(1958)的处理相符合,但在
C灡indochinnensis的系统位置问题上,作者则认
为该种应归入古茶组。此外,闵天禄 (1999,
2000)主张将超长柄茶组并入长柄山茶组,并认
为长柄山茶组与茶组亲缘很近,两者虽与古茶组
(包含金花茶组)均有联系,但古茶组可能较为
原始。
由于对山茶属系统演化规律的认识差异,不
同学者对于属下类群的分类学处理一直存在较大
的争议。尽管在山茶属内一些亚属或组被先后建
立 (Sealy,1958;张宏达,1979,1981,1982,
1996;闵天禄,1994,1999,2000),甚至一些
类群 被 提 升 至 属 级 (Halier,1921;Nakai,
1940;胡先骕,1956,1957a,b;Hu,1956),但
这些分类学处理往往难以得到其它学者的一致认
可。学者之间意见的分歧,甚至冲突,在一定程
度上也造成了该属分类系统的混乱。本研究所涉
及的3个组,长柄山茶组、金花茶组和超长柄茶
组,它们的系统位置及亲缘关系问题即是其中的
一个分歧焦点。
目前利用DNA测序以及分子标记等分子生
物学手段进行植物分子系统学研究已经十分普
遍。分子数据是独立于形态学性状的数据,易于
获取和分析,且排除了人为主观的因素,能有效
的弥补形态分类学研究的不足。在山茶属的分子
系统学研究方面,XiaoandParks(2002)最先运
用核基因RPB2(NuclearRNApolymeraseII,
RNA合成酶II基因)对山茶属展开了较为全面
的分子系统分析。属下的分子系统学研究也有所
开展,但研究主要关注于有重要经济价值的类
群,如茶组 (陈亮等,2002;陈亮,2002;李渊
博,2007),红山茶组 (邓白罗等,2006;倪穗,
2007;田敏等,2008),金花茶组 (唐绍清等,
1998;施苏华等,1998;唐绍清等,2004a,b;谭
晓风等,2005;方伟,2008)等,其余组的相关
研究则十分欠缺。
目前山茶属仍然缺乏一个较为坚实的分子系
统框架,主要原因可能在于山茶属种类繁多,且
2暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
表1暋山茶属三个主要分类系统
Table1暋ThreemainclassificationsofthegenusCamelia
J.R.Sealy(1958)系统
J.R.Sealy(1958)
张宏达 (1981,1996,张宏达和任善湘,1998)系统
H.T.Chang(1981,1996,H.T.ChangandS.X.Ren,1998)
闵天禄 (1999,2000)系统
T.L.Ming(1999,2000)
01.sect灡ArchecameliaSealy
02.sect灡Stereocarpus (Pierre)
Sealy
03.sect灡TheopsisCohenStuart
04.sect灡Cameliopsis (Pierre)
Sealy
05.sect灡Piquetia(Pierre)Sealy
06.sect灡Thea(L.)Dyer
07.sect灡CoralinaSealy
08.sect灡 Calpandria (Bl.)Co灢
henStuart
09.sect灡PseudocameliaSealy
10.sect灡 HeterogeneaSealy
11.sect灡Camelia(L.)Dyer
12.sect灡ParacameliaSealy
I.Subgen灡Protocamelia
01.sect灡ArchecameliaSealy
02.sect灡Stereocarpus (Pierre)
Sealy
03.sect灡ProtocameliaChang
04.sect灡PleurocarpusChang
05.sect灡Piquetia(Pierre)Sealy
II.Subgen.Camelia
06.sect灡OleiferaChang
07.sect灡FurfuraceaChang
08.sect灡ParacameliaSealy
09.sect灡PseudocameliaSealy
10.sect灡TuberculataChang
11.sect灡LuteofloraChang
12.sect灡Camelia(L.)Dyer
III.Subgen.Thea
13.sect灡CoralinaSealy
14.sect灡BrachyandraChang
15.sect灡LongipedicelataChang
16.sect灡ChrysanthaChang
17.sect灡 Calpandria (Bl.)Co灢
henStuart
18.sect灡Thea(L.)Dyer
19.sect灡LongissimaChang
20.sect灡GlaberrimaChang
IV.Subgen.Metacamelia
21.sect灡TheopsisCohenStuart
22.sect灡 Cameliopsis (Pierre)
Sealy
I.Subgen.Thea
01.sect灡Piquetia(Pierre)Sealy
02.sect灡ArchecameliaSealy
03.sect灡CylindricaMing
04.sect灡Thea(L.)Dyer
05.sect灡LongipedicelataChang
06.sect灡CoralinaSealy
07.sect灡TheopsisCohenStuart
08.sect灡Cameliopsis(Pierre)Sealy
II.Subgen.Camelia
09.sect灡 HeterogeneaSealy
10.sect灡Stereocarpus(Pierre)Sealy
11.sect灡TuberculataChang
12.sect灡Camelia(L.)Dyer
13.sect灡ParacameliaSealy
14.sect灡 Calpandria (Bl.)Co灢
henStuart
系统演化关系复杂。但在另一方面,缺乏合适的
DNA片段用于分析也在很大程度上影响了对该
属的分子系统学研究。
核基因组庞大而复杂,拥有许多具有丰富变
异的DNA片段 (如某些基因的内含子区),在低
阶元类群的分子系统学研究中应用广泛。但在山
茶属的研究中,核基因的应用需要十分谨慎。山
茶属不仅是一个杂交频繁的类群,染色体多倍化
现象也十分普遍 (Kondo,1977a,b,c,1978;
Parks,1990);在应用核基因进行该属的系统分
析时,由于核基因双亲遗传的特性,种间的杂交
和多倍化很容易造成对系统发育关系的误读。
rDNAITS(核糖体转录间隔区)无疑是植
物分子系统研究中最普遍使用的核基因。然而,
ITS在山茶属中直接测序较为困难,这可能与该
属ITS区序列GC含量较高 (唐绍清等,2004a),
种类的杂交和多倍化现象,以及ITS一致性进
化是否完全等因素有关 (杨俊波等,2006b)。这
些因素在一定程度上限制了ITS在山茶属中的
应用。
低拷贝核基因 (Low灢CopyNuclearGene)
在系统学中的应用正变得越来越普遍 (Sang,
2002;Smal等,2004;Hughes等,2006)。但由
于存在选择性的基因沉默或丢失而产生基因复制
(WendelandDoyle,1998),核基因通常不止一
个拷贝,而适于分子系统学研究的单拷贝核基因
往往又难于获得。在研究过程中,确定所使用核
基因的拷贝数量,来源及性质,对于进一步的系
统分析至关重要。不同拷贝的序列可能来自于直
系同源基因 (orthologousgene),或是旁系同源
基因 (paralogousgene),但仅直系同源基因具
有系统学价值 (SonnhammerandKoonin,2002;
Walter,2007)。在山茶属内,由于种间的杂交
和染色体的多倍化所导致的复杂的基因进化背景
也将增加系统分析的难度。目前已报道应用于山
茶属的低拷贝核基因仅有两个:RPB2和GB灢
SSI(即waxy)基因。XiaoandParks(2002)应
用RPB2基因进行了山茶属的分子系统研究,
但对于RPB2基因在山茶属内的遗传性质并没
有论述,同时由于受到基因树的分辨率和分支支
持率方面的限制,该研究对山茶属系统发育的解
读能力有限。GBSSI基因在植物系统研究中的
应用较为广泛 (Mason灢Gamer等,1998;Evans
等,2000; Mason灢Gamer,2001;Peraltaand
Spooner,2001;Evansand Campbel,2002;
Smedmark 等,2003; Winkworth and Dono灢
31期暋暋暋暋方暋伟等:基于叶绿体四个DNA片段联合分析探讨山茶属长柄山茶组、金花茶组和...暋暋暋暋暋
ghue,2004;Guo and Li,2004;Yang 等,
2008)。在山茶属内,GBSSI基因是单拷贝基
因,并且具有较高的序列变异率,因而有重要的
应用价值 (杨俊波等,2006b)。目前有关GBSSI
基因在山茶属的应用研究,我们正在开展之中。
植物叶绿体基因组 (cpDNA)为单亲遗传,
其DNA片段容易扩增和测序,因而被广泛的应
用于分子系统学研究。但叶绿体基因组序列相对
保守,进化速率较慢,在属下类群的系统学研究
中应用有限。尽管如此,对于象山茶属这样,系
统发育关系复杂、核基因的应用有难度的一些类
群,进行叶绿体DNA片段有效筛选,适当增加
用于研究分析的叶绿体DNA片段数目,仍然不
失为一个直接可行的方法。基于上述原因,本研
究筛选了 4 个进化速率较快的叶绿体片段
(rpl16内含子、psbA灢trnH基因间区、trnL灢F
基因间区和rpl32灢trnL基因间区)用于山茶属
分子系统树的构建,据此探讨该属的3个近缘类
群,长柄山茶组、金花茶组和超长柄茶组的系统
位置、分类学范围以及相互间的亲缘关系等系统
学问题。
1暋材料与方法
1灡1暋材料
本研究主要依据张宏达和任善湘 (1998)的山茶属系统
进行取样,共选取山茶属28个种作为内类群;它们分别来
自于山茶属的4个亚属11个组。长柄山茶组拥有2个种:
C灡indochinnensis和C灡longipedicelata(Hu)H.T.Changet
D.Fang,本研究只具有该组模式种C灡longipedicelata的取
样。金花茶组的取样来自五室系ser灡Flavae(C灡flava)和金
花茶系ser灡Chrysanthae,共13个种;其中9种产自我国广
西,另4种则分布于越南,C灡nitidissima是该组的模式种。
茶组 的 取 样 分 别 为C灡sinensis (L.)O.Ktze.(茶 系
ser灡Sinenses),C灡kwangsiensisH.T.Chang (五室茶系
ser灡Quinquelocularis)和 C灡gymnogyna H.T.Chang
(秃房茶系ser灡Gymnogynae)3个种,C灡sinensis是该
组的模式种。在超长柄茶组的3个种中,取样包括
C灡longissimaH.T.ChangetS.Y.Liang(本组模式
种)和C灡hekouensisC.J.WangetG.S.Fan两种。本
研究所涉及的另外7个组,每组分别有1~2种的取样
(表2)。依据近年来山茶科系统学的研究成果 (杨世雄
和闵天禄,1995;PrinceandParks,2001;杨俊波等,
2006a),核果茶属PyrenariaBl.和石笔木属Tutcheria
Dunn在演化上与山茶属具有较近的亲缘关系,因而选
取长核果茶PyrenariaoblongicarpaH.T.Chang和石笔
木TutcheriaspectabilisDunn做为本研究的外类群。
实验用分子样品为新鲜或经硅胶快速干燥的叶片,
大多采自于各植物园及科研单位的栽培植株。本研究对
上述30种植物的分子样品进行了叶绿体四个DNA片段
(rpl16、psbA灢trnH、trnL灢F和rpl32灢trnL)的序列测
定。所有凭证标本均存放于中国科学院昆明植物研究所
标本馆 (KUN),材料来源、凭证标本号及GeneBank登
录号见表2。
1灡2暋 实验方法
总 DNA 提取采用改良的 CTAB 法 (Doyleand
Doyle,1987)。PCR扩增反应在PERKINELMER (PE)
9600或 9700 型 PCR 仪 上 进 行。rpl16 (Jorden 等,
1996),psbA灢trnH (Sang等,1997;TateandSimpson,
2003),trnL灢F (Taberlet 等,1991) 和 rpl32灢trnL
(Shaw等,2007)4个DNA片段扩增反应程序均采用:
97曟预变性4min,94曟变性1min,52曟退火1min,
72曟延伸1min。32个循环后,72曟延伸10min,根据
具体情况而略有变动。扩增反应采用25毺l的反应体系,
包括10暳buffer,0灡2U的 Taq聚合酶,2灡5mmol·L灢1
的 MgCl2,250毺M的dNTPs,正反向引物浓度各为0灡2
毺mol·L灢1,以及约50ng的模板DNA。PCR产物经琼脂
糖凝胶电泳检测合格后,用美国华舜公司的纯化试剂盒
纯化以备测序反应之用。
扩增引物同时作为测序引物,利用正反向引物分别
对两条链测序,反应依据双脱氧链终止法 (Sanger等,
1977)。测序反应在PE9600或PE9700PCR仪上进行,
采用5毺l的反应体系,包括:1毺l的测序 mix(PE公司
的Bigdyev3灡1测序试剂盒),0灡5毺l的测序引物,1毺l
的PCR纯化产物和2灡5毺l的双蒸水。反应程序为:95曟
预变性4min;96曟变性10s、50曟退火5s、60曟延伸
4min,共33个循环。反应产物经95%乙醇+乙酸钠沉
淀,之后用70%乙醇、无水乙醇洗涤,干燥后加入20
毺l的双蒸水充分溶解,经95曟变性4min后上样,在
ABI3700型自动测序仪上进行检测。
序列编辑和拼接应用Lasergenev7灡1软件中的Seq灢
Man(DNASTARInc.,Madison,Wisconsin,USA;Bur灢
land,2000)完成。叶绿体4个DNA序列数据进行单独
及联合序列矩阵构建;利用ClustalX1灡83(Thompson
等,1997)对矩阵进行自动排序,并进行必要的人工排
序调整。应用 Modeltest3灡7(PosadaandCrandal,1998)
对序列矩阵进行模型选择,获得最适核苷酸替代模型为
TVM+I和相关参数估值。对序列进行联合分析,分别
采用邻接法 (neighbor灢joining,NJ)、最大简约法 (maxi灢
mumparsimony,MP)以及贝叶斯推断 (Bayesianinfer灢
ence,BI)构建相应的基因树 (NJ树、MP树和BI树)。
4暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
51期暋暋暋暋方暋伟等:基于叶绿体四个DNA片段联合分析探讨山茶属长柄山茶组、金花茶组和...暋暋暋暋暋
6暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
邻接法分析在 MEGA4灡0(Tamura等,2007)软件上进
行;分析采用Kimura两参数模型 (Kimura,1980),空
位 (Gap)和缺失 (Missingdata)采用配对状态删除
(PairwiseDeletion)。最大简约分析在PAUP* 4灡0b10
(Swofford,2002)中运行,联合矩阵中的空位作为缺失
处理,并对空位进行 “01暠编码 (SimmonsandOchoter灢
ena,2000),然后加入序列矩阵参与分析;所有性状状
态做等权无序处理。采用启发式搜索 (Heuristicsearch)
1000次抽样,TBR枝长交换,每步保留10棵树,获取
严格一致树。邻接法和最大简约法均采用自展分析
(Bootstrapanalysis),1000次抽样,根据抽样自展值
(Bootstrapvalue,BS)评估分支的可靠性。应用 Mr灢
Bayes3灡1(RonquistandHuelsenbeck,2003)软件进行
贝叶斯分析;分析采用马尔可夫链的蒙特卡洛模拟算法
(MarkovChainMonteCarloprocess,MCMC),并根据
Modeltest3灡7的模型选择结果进行相关参数的设置;以
随机树作为起始树,共运行1000000代,每100代进行
1次抽样。摒弃前1000次老化样本 (burn灢insamples),
用剩余样本构建一致树并计算各分支的后验概率 (Pos灢
teriorprobabilityvalue,PP)。
2暋结果
本研究获得山茶属及其外类群30份样品的
叶绿体4个 DNA 片段 (rpl16、psbA灢trnH、
trnL灢F和rpl32灢trnL)共120条序列的数据,
并对这些序列的单独及联合矩阵进行了相关的数
据信息统计,统计分析的结果见表3。
运用贝叶斯推断、最大简约法和邻接法进行
系统树的构建 (图1,2)。对系统树的拓扑结构
进行分析,结果表明:
1) 整 个 山 茶 属 构 成 一 个 单 系,其 中
C灡hekouensis与山茶属其余种 (CladeA)构成
姐妹群。CladeA 在相应 BI树的后验概率值
(PP)、MP树和 NJ树的自展值 (MP灢BS/NJ灢
BS)分别为1灡00,73和79。
2)在CladeA内,BI树、MP树和NJ树均
形成3个基本一致的分支:CladeI,II,III(图
1,2)。CladeI和CladeII均由国产金花茶种类
组成;CladeIII不仅包含越南分布的金花茶种
类,同时C灡longipedicelata也嵌入其中。3个分
支均得到较好的支持,CladeI,II,III相应的
后验概率值 (PP)和抽样自展值 (MP灢BS/NJ灢
BS)分别为1灡00/85/88,1灡00/98/97和1灡00/
75/-。这3个分支互为平行支,之间的系统关
系仍不明确。
Clade I: C灡flavida、 C灡chrysanthoides 和
C灡micrantha3个种又构成一个较弱支持 (PP=
1灡00,MP灢BS=64,NJ灢BS=62)的 分 支,而
C灡pubipetala、 C灡impressinervis、 C灡limonia 和
C灡parvipetala4个种各为单支,未形成进一步分支。
CladeII:由C灡nitidissima、C灡euphlebia和
C灡tunghinensis3个种组成。
CladeII:包括C灡crassiphyla、C灡tamdaoensis、
C灡murauchi、C灡flava以及C灡longipedicelata5个种。
CladeIII的分支关系在BI树、MP树和NJ树中
表现出一定的差异。在BI树中,5个种各为互
相平行的单支。在 MP树中,C灡crassiphyla与
C灡murauchi 在CladeIII内部形成一个弱的分
支 (MP灢BS=57),其它3个种仍然各为单支。
在 NJ树中,CladeIII并未得到支持,而是
C灡tamdaoensis、C灡murauchi 、C灡flava 以 及
C灡longipedicelata这4个种组成的分支,得到
表3暋叶绿体四个片段 (rpl16,psbA灢trnH,trnL灢F&rpl32灢trnL)单独及联合矩阵的统计数据
Table3暋Statisticaldataofseparateandcombineddatasetsoffourplastidregions(rpl16,psbA灢trnH,trnL灢F&rpl32灢trnL)
DNA片段
DNA
Region
排列长度
Aligned
length
简约位点数目 (所占比例)
Parsimony灢informativesites
(percentageofalignedlength)
excl.gaps (%) incl.gaps (%)
变异位点数目 (所占比例)
Variablesites
(percentageofalignedlength)
excl.gaps (%) incl.gaps (%)
插入/缺失
Indels
rpl16 919 16(1灡7) 28(3灡0) 36(3灡9) 53(5灡8) 8
psbA灢trnH 478 13(2灡7) 22(4灡6) 21(4灡4) 43(9灡0) 6
trnL灢F 898 2(-) 8(0灡9) 15(1灡7) 38(4灡2) 8
rpl32灢trnL 1012 8(0灡8) 21(2灡1) 38(3灡8) 134(13灡2) 17
Combined 3307 39(1灡2) 79(2灡4) 110(3灡3) 268(8灡1) 39
“-暠指忽略不计暋暋暋 “-暠indicatingneglected
71期暋暋暋暋方暋伟等:基于叶绿体四个DNA片段联合分析探讨山茶属长柄山茶组、金花茶组和...暋暋暋暋暋
图1暋叶绿体联合分析获得的山茶属系统树
分支上的数字为贝叶斯推断 (最适模型为TVM+I)获得的后验概率值;分支下的数字为最大简约分析 (树长123步,CI=0灡911,
RI=0灡845,RC=0灡769)获得的抽样自展值。BI树和 MP树的分支差异用虚线或分支下方的 “-暠来表示
Fig灡1暋PhylogenetictreebasedoncombineddatasetsofcpDNAsequencesforCamelia
NumbersabovebranchesshowposteriorprobabilitiesfromtheBayesianinferenceunderTVM+ImodelofDNAsubstitutionevolution.
Numbersbelowbranchesarebootstrapvaluesfromthemaximum灢parsimonyanalysis(TreeLength=123,CI=0灡911,
RI=0灡845,RC=0灡769).MPresolutionincongruentwithBIcladesasindicatedwithbrokenlinesorahyphen(-)belowbranches
较好的支持 (NJ灢BS=80)。在这4个种的分支
内部,C灡longipedicelata 与C灡murauchi 组成
末端分支 (NJ灢BS=84),由内向外 依 次 与
C灡tamdaoensis(NJ灢BS=76)、C灡flava构成姐
妹群。
3)在CladeA内,茶组的两个种C灡sinensis
和C灡kwangsiensis构成一支,得到较好的支持
(PP = 1灡00, MP灢BS = 68, NJ灢BS = 89);
C灡gymnogyna的系统位置则不确定。C灡furfuracea
(糙果茶组)和C灡oleifera(油茶组)形成一个得到
良好支持 (PP=1灡00,MP灢BS=89,NJ灢BS=81)
的分支;在 NJ树中,该分支还与C灡longissima
形成姐妹群,但支持率很弱 (NJ灢BS=54)。在
BI树中,C灡elongata、C灡forresti 和C灡lawi 构
成分 支,但 其 后 验 概 率 值 PP 仅 为 0灡86。
C灡reticulata(红山茶组)、C灡yunnanensis(实果
茶组)和C灡wardi (离蕊茶组)3个种的系统位
置不确定。
8暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
图2暋叶绿体联合分析获得的山茶属邻接树 (高于50%的自展值在分支上显示)
Fig灡2暋Neighbor灢joiningtreebasedoncombineddatasetsofcpDNAsequencesforCamelia,showingbootstrapvaluesover50%
3暋讨论
在本研究中,尽管筛选出4个进化速率较快
的叶绿体DNA片段进行联合分析,但其总体的
位点突变率为3灡3%,简约信息位点所占比例仅
为1灡2% (均不包括空位)(表3),信息量仍然十
分有限。在系统树的拓扑结构 (图1,2)上,系
统树出现大量多歧分支,并且一些分支的支持率
也不高,难以清晰的反映山茶属的组间关系。不
过通过对系统树的详细分析,我们仍然可以得到
一些较有价值的结论。
金花茶组在山茶属中的系统地位一直存在较
大的争议,但观点的分歧主要集中在金花茶组是
否应归并入古茶组的问题上 (张文驹,1992;闵
天禄和张文驹,1993;张宏达和叶创兴,1993;
叶创兴,1993;张宏达,1996;闵天禄,2000)。
在金花茶组内,不同种间的形态特征十分相似,
除个别种存在分歧外,不同学者均承认金花茶组
成员之间的近缘关系,这也得到了部分分子数据
的支持 (唐绍清等,1998;施苏华等,1998;唐绍
清等,2004a,b;XiaoandParks,2002)。然而
不同于前人的研究结果,在本研究中,系统树的
拓扑结构显示:张宏达的金花茶组包括三个平行
91期暋暋暋暋方暋伟等:基于叶绿体四个DNA片段联合分析探讨山茶属长柄山茶组、金花茶组和...暋暋暋暋暋
的支系 (CladeI,II ,III),长柄山茶组的
C灡longipedicelata嵌于CladeIII中,与越南分
布的金花茶组种类在分子系统树上构成一个单系
支 (图1,2)。这表明金花茶组不是一个单系,
而可能是并系或多系类群。
在系统树中,金花茶组所表现出的分支关系
目前尚缺乏相应形态学的依据,但却明显具有地
理分布上的启示意义。越南北部地区分布的金花
茶种类自成一支 (CladeIII),而国产的金花茶
种类分为两个支系CladeI和CladeII,它们在地
理分布上大体以我国广西的十万大山为界,
CladeII的三个种主要分布于十万大山东南面的
广西防城地区,CladeI的种类则分布于十万大
山西北面的广西龙州、宁明、扶绥和平果等县。
这在一定程度上支持了叶创兴和许兆然 (1992)
有关金花茶组地理分化路线的推断。但由于这三
个支系的系统位置及相互关系仍然不明确,金花
茶组的分类学范围和地理演化规律等问题仍然有
待于进一步的研究。
由于C灡longipedicelata与越南分布的金花
茶组成员聚成一支,长柄茶组和金花茶组的密切
关系得到了分子数据的部分证实。实际上,在基
于形态学的研究中,叶创兴和许兆然 (1992)认
为金花茶组和长柄山茶组除了花的颜色不同外,
其余特征均与之接近;这两组各自独立仅仅是为
了 突 出 它 们 (在 花 色 上 ) 的 区 别。
C灡longipedicelata仅分布于我国广西中部至西
北部 (模式产地在广西中部的忻城县),与分布
于越南北部地区的金花茶种类存在明显的地理隔
离。它们之间紧密的亲缘关系可能与长柄茶组的
另一个种C灡indochinensis(分布于越南北部及我
国广西、贵州及云南)有密切关联。一直以来,
C灡indochinensis的系统位置 (参见本文前言)和
分类学范畴都颇具争议,甚至在地理分布上也存
在疑问 (闵天禄和张文驹,1993)。闵天禄和张
文驹 (1993)将C灡indochinensis移至古茶组 (包
含 金 花 茶 组 ) 中, 并 将 C灡limonia 和
C灡parvipetala 等 金 花 茶 种 类 并 入 该 种,
C灡tunghinensis作为该种的变种处理。对于这些
分类学处理,张宏达 (1996)均予以否认。本研
究 的 系 统 树 拓 扑 结 构 显 示 C灡limonia 和
C灡parvipetala两个种与C灡tunghinensis分别落
入CladeI和CladeII中。这一结果也并不支持
闵天禄和张文驹 (1993)对这三种的分类学处
理。由于本研究缺乏C灡indochinensis的取样,
仅依据C灡longipedicelata在系统树中所反映的
分支关系,我们还难以深入地探讨整个长柄山茶
组的系统地位,以及与金花茶组的系统关系。
系统树的拓扑结构表明:超长柄茶组明显不
是一个单系。闵天禄将超长柄茶组并入长柄山茶
组中,这一观点也并没有得到分子证据的支持。
C灡hekouensis与整个山茶属其余种互为姐妹群,
暗示了它在山茶属中所处的原始地位,而这与现
行的张宏达系统和闵天禄系统的系统发育关系均
明显不符。因此,C灡hekouensis在山茶属的系
统发育过程中,可能具有重要的系统地位。从系
统 树 的 拓 扑 结 构 来 看, C灡longissima 与
C灡hekouensis并无联系,与茶组的系统关系也
不明确,但却似乎表现出与糙果茶组和油茶组的
某些联系,在 NJ树上三者形成弱的分支 (图
3)。
在本研究中,茶组的3个种,C灡sinensis和
C灡kwangsiensis 构 成 一 个 紧 密 的 分 支,但
C灡gymnogyna在系统树上的位置并不确定,茶
组并未构成单系。糙果茶组和油茶组各有一个种
的取样,分别为C灡furfuracea和C灡oleifera,均
为所在组的模式种。系统树的拓扑结构反映出两
个种之间的紧密联系,得到了BI树、MP树和
NJ树的一致支持。这也与张宏达系统中糙果茶
组和油茶组的系统关系较为相符。连蕊茶组和毛
蕊茶组的近缘关系得到不同学者的一致认可 (张
宏达,1981;闵天禄,2000),这在系统树中也有
所显示。
本研究针对山茶属三个组的系统地位和亲缘
关系进行了相应的分子系统学探讨,但研究的结
果与形态分类系统的认识之间仍然存在明显的差
异。一方面,这可能是由于研究的取样所限,以
及叶绿体片段本身在进化速率上的局限性,分子
系统树难以反映属下类群之间全面深入的联系,
可能存在系统关系分析上的偏差。另一方面,目
前研究者对于该类群的形态性状演化尚未达成一
致的认识,基于形态性状分析的经典分类系统也
有待完善。因此,为进一步探讨山茶属的系统学
问题,我们在扩大取样范围和筛选更合适的
01暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋 暋暋暋暋暋暋暋云暋南暋植暋物暋研暋究暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第32卷
DNA片段的同时,加强形态学研究与分子系统
学研究的结合是非常必要的。
致谢暋感谢中国西南野生生物种质资源库分子生物学实
验中心的工作人员在实验过程中给予的帮助!
暡参暋考暋文暋献暢
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