全 文 ：
2015 年 第 60 卷 第 10 期：922 ~ 932
www.scichina.com csb.scichina.com
引用格式: 王莹, 商辉, 顾钰峰, 等. 用核 DNA和叶绿体 DNA序列鉴别铁线蕨属 Adiantum L. (凤尾蕨科)新的隐性杂交种. 科学通报, 2015, 60: 922–932
Wang Y, Shang H, Gu Y F, et al. A new cryptic hybrid species of Adiantum L. (Pteridaceae) identified by nuclear and chloroplast DNA sequences
(in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 60: 922–932, doi: 10.1360/N972014-00891
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
论 文
用核DNA和叶绿体DNA序列鉴别铁线蕨属Adiantum L.
(凤尾蕨科)新的隐性杂交种
王莹①②*, 商辉①*, 顾钰峰①②, 韦宏金①, 赵国华①③, 戴锡玲②, 严岳鸿①†
① 上海辰山植物园, 中国科学院上海辰山植物科学研究中心, 上海 201602;
② 上海师范大学生命与环境科学学院, 上海 200234;
③ 哈尔滨师范大学黑龙江省普通高等学校植物生物学重点实验室, 哈尔滨 150025
* 同等贡献
† 联系人, E-mail: yhyan@sibs.ac.cn
2014-11-17收稿, 2014-12-24接受, 2015-02-11网络版发表
中国科学院战略生物资源科技支撑体系运行专项(CZBZX-1)和上海市绿化与市容管理局科技攻关项目(F112422)资助
摘要 物种自然杂交现象在自然界中普遍存在, 并被认为在适宜条件下可以多地独立发
生. 2013年, 在云南元江采集的7种铁线蕨属植物中, 其中一种在形态上疑似台湾产梅山铁
线蕨, 而该种被认为是以假鞭叶铁线蕨为母本、半月形铁线蕨为父本的自然杂交物种. 形
态学比较显示, 该存疑种与铁线蕨属其他种类均有明显差别, 用单拷贝核DNA序列CRY2
exon 3和叶绿体DNA序列rbcL, atpB, atpA, trnL-F, rps4-trnS对云南元江产梅山铁线蕨存疑
种进行研究, 结果显示云南元江产梅山铁线蕨存疑种为以苍山铁线蕨为母本和以孟连铁
线蕨为父本的自然杂交种, 由于形态上与台湾产梅山铁线蕨相似、父母本亲缘关系上与梅
山铁线蕨的双亲近缘, 因而可称为梅山铁线蕨的隐性杂交种. 据此认为, 中国可能存在大
量的自然杂交种尚未发现, 并可以通过核DNA序列和叶绿体DNA序列进行准确鉴定; 同
时, 诸如铁线蕨属这样的蕨类植物, 由于存在无性繁殖习性, 可以弥补有性生殖隔离带来
的适合度降低的缺陷, 增加杂交种在自然界中的存活机会, 是蕨类植物中自然杂交种普遍
存在的重要原因.
关键词
蕨类植物
铁线蕨
核 DNA序列
叶绿体 DNA序列
自然杂交
适合度
隐性种
自然杂交是指在自然条件下具有显著不同可遗
传性状的2个居群的个体之间的成功交配 [1]. 自然杂
交在进化生物学研究中具有重要意义 , 特别是在分
类与系统生物学、生殖隔离与物种形成机制及其基本
的进化过程的研究方面尤为重要[2]. 一般认为, 只要
有嫌疑亲本共同存在的分布区 , 自然杂交就具有异
地独立发生的可能. 因此异域杂交物种形成被认为是
自然界广泛存在的现象, 如粤紫萁(Osmunda mildei)被
认为是华南紫萁(O. vachellii)和紫萁(O. japonica)的杂
交物种[3,4], 后代不育, 但在中国的香港[5]、广东[6]、湖
南[7]、江西[8]等多地独立发生; 中日双盖蕨(Diplazium
kidoi)[9,10]原产日本, 是薄叶双盖蕨(D. pinfaense)和耳
羽短肠蕨(D. wichurae)的杂交后代, 同样在中国华中
地区也有发现 [11]. 但这些异地发生的杂交事件往往
仅依靠形态上的相似性 , 并未进行进一步的细胞学
或分子生物学的检测.
2013年 , 我们在云南元江哀牢山发现了一个
由铁线蕨属鞭叶系(Adiantum L. Ser. Caudata)物种
混生的自然群落 , 包括半月形铁线蕨 ( Ad ia n tum
philippense)、假鞭叶铁线蕨(A. malesianum)、鞭叶铁
线蕨(A. caudatum)、苍山铁线蕨(A. sinicum)、普通铁
线蕨(A. edgeworthii)、孟连铁线蕨(A. menglianense)
923
论 文
以及形似梅山铁线蕨 (A. m e i shan ianu m )的个体
(Adiantum sp. Yan12410 & Yan12413, 以下称云南元
江产“梅山铁线蕨”), 并在中国科学院的官方网站报道
(http://www.cas.cn/ky/kyjz/201306/t20130628_3888661.
shtml). 梅山铁线蕨原产台湾高雄梅山口, 被认为是
以假鞭叶铁线蕨为母本以半月形铁线蕨为父本的杂
交物种 [12]. 通过对比发现, 云南元江产的“梅山铁线
蕨”与台湾产的梅山铁线蕨在形态上仍然有些细微的
差别(表1). 王凡红等人 [13]通过叶绿体rbcL基因序列
对云南勐腊产“梅山铁线蕨”进行分析 , 表明具与台
湾产梅山铁线蕨rbcL基因序列完全一致 , 可能是梅
山铁线蕨的异域杂交起源.
由于具有母系遗传背景的叶绿体DNA序列不能
反映父本的来源 , 所以必须利用核DNA序列的遗传
信息对杂交物种进行准确的鉴定 [14,15]. 核DNA序列
具有双亲遗传的特性, 但是由于多倍化等原因, 很少
在蕨类植物中被应用, 因此以前的研究多是基于等位
酶技术[16,17]. 随着测序技术的兴起和发展, 部分低拷
贝核基因序列被筛选出来, 并已经被用于蕨类植物的
系统学研究和杂种鉴定 [18]. 对于处于过渡形态的个
体, 如果是杂交造成的, 那么应该可以通过直接测序
的办法在这些个体中发现来自双亲的等位基因 [19,20].
我们采用细胞核遗传的隐花色素基因2(Cryptochrome
gene 2, CRY2)第3外显子[18], 测序后检测峰图上的点
突变杂合位点的叠加峰, 再通过分子克隆的办法, 找
出来源不同的单倍型, 由此推断杂交种的亲本[21,22].
在叶绿体DNA序列的研究中, rbcL, atpB, atpA为
基因编码区, 演化速率较慢, 在解决种间亲缘关系时
效果较差[23,24], 因此我们增加了演化速率较快的非编
码DNA序列, 即trnL-F, rps4-trnS基因间隔区序列[25].
绝大多数植物中 , 叶绿体DNA序列通过雌配子
以母系遗传的方式传递 , 比较杂交个体及其可能亲
本的叶绿体DNA序列可以揭示其母本起源 [26,27]; 然
而核DNA序列是双亲遗传[28], 比较核DNA序列组成,
能够找出其双亲起源 [15]. 本研究尝试用核DNA序列
和叶绿体DNA序列共同去鉴别这些铁线蕨属植物及
其亲缘关系, 其主要目的在于探讨: (1) 铁线蕨属的
自然杂交种是否存在异地独立起源事件? (2) 铁线蕨
属自然杂交后代与亲本之间的关系如何?
1 材料和方法
(ⅰ) 实验材料. 供试材料及其采集地、凭证标
本、叶绿体DNA序列GenBank登录号见表 2, 从
GenBank中下载的参比材料信息见表3, 核DNA序列
GenBank登录号见表4, 凭证标本存放于上海辰山植
物园标本馆(CSH).
(ⅱ) 序列扩增. 实验样品经乙醇消毒和蒸馏水
洗净后, 硅胶干燥, 每一个样本取20 mg研磨成细粉,
用新型植物基因组DNA提取试剂盒(天根公司), 按
说明书操作提取总DNA.
核DNA序列引物参照Rothfels等人[18]的设计, 扩
增和测序引物相同. 扩增反应在Eppendorf梯度PCR
扩增仪上进行. 本实验所采用的20 μL PCR反应体系
如下: 2×Taq PCR MasterMix 10 μL (天根公司), 各引
表 1 一些铁线蕨属实验材料形态特征比较
Table 1 Morphological characters comparison among some Adiantum experimental materials
物种 叶片 羽片 基部羽片 囊群盖 叶轴 近轴面
叶轴
远轴面
叶片
近轴面
叶片
远轴面
苍山铁线蕨
A. sinicum
披针形, 长12~25 cm,
宽1.8~2.4 cm
15~25对, 长1~1.4 cm,
宽4~9 mm, 仅浅裂
团扇形, 无柄 上缘平直 密毛 密毛 密毛 密毛
Adiantum sp. 披针形, 长15~35 cm,
宽2.5~3 cm
15~25对, 长1.2~3 cm,
宽1~1.8 cm, 浅裂, 少半裂
团扇形,
柄长约2 mm
上缘平直 疏毛 无毛 无毛 无毛
孟连铁线蕨
A. menglianense
披针形, 长10~20 cm,
宽4~8 cm
7~10对, 长1.5~3.5 cm,
宽1~2 cm, 浅裂或半裂
半月形,
柄长约1~2.5 cm
上缘平直
或微凹
无毛 无毛 无毛 无毛
半月形铁线蕨
A. philippense
披针形, 长12~25 cm,
宽3~7.8 cm
7~10对, 长2~4 cm,
宽1~2.5 cm, 全缘或浅裂
半月形,
柄长约1.5 cm
上缘平直
或微凹
无毛 无毛 无毛 无毛
梅山铁线蕨
A. meishanianum
线状披针形, 长10~36
cm, 宽3~6 cm
10~20对, 长1.5~3 cm,
宽1~2 cm, 半裂
半月形,
柄长约2~3mm
上缘凹陷 疏毛 无毛 无毛 无毛
假鞭叶铁线蕨
A.malesianum
线状披针形, 长10~40
cm, 宽2.5~3 cm
20~35对, 长1~2 cm,
宽6~10 mm, 半裂或深裂
近团扇形,
柄长约1.5 mm
上缘平直 密毛 密毛 密毛 密毛
2015 年 4 月 第 60 卷 第 10 期
924
表 2 供试材料信息
Table 2 Samples used in sequence analysis and their information
材料 采集地 标本号
GenBank登录号
rbcL atpB atpA trnL-F rps4-trnS
A. malesianum 云南元江哀牢山 Yan12404 KP637230 KP637194 KP637179 KP637260 KP637245
A. philippense 云南元江哀牢山 Yan12405 KP637236 KP637200 KP637185 KP637266 KP637251
A. sinicum 云南元江哀牢山 Yan112601 KP637240 KP637204 KP637189 KP637270 KP637255
A. philippense 云南元江哀牢山 Yan12086 KP637235 KP637199 KP637184 KP637265 KP637250
A. sinicum 云南元江哀牢山 Yan12406 KP637237 KP637201 KP637186 KP637267 KP637252
A. sinicum 云南元江哀牢山 Yan12407 KP637238 KP637202 KP637187 KP637268 KP637253
A. caudatum 云南元江哀牢山 Yan12408 KP637228 KP637192 KP637177 KP637258 KP637243
A. menglianense 云南元江哀牢山 Yan12409 KP637233 KP637197 KP637182 KP637263 KP637248
A. sp. 云南元江哀牢山 Yan12410 KP637241 KP637205 KP637190 KP637271 KP637256
A. meishanianum 台湾梅山口 Yan12411 KP637232 KP637196 KP637181 KP637262 KP637247
A. malesianum 云南元江哀牢山 Yan12416 KP637231 KP637195 KP637180 KP637261 KP637246
A. edgeworthii 云南元江哀牢山 Yan12412 KP637229 KP637193 KP637178 KP637259 KP637244
A. sp. 云南元江哀牢山 Yan12413 KP637242 KP637206 KP637191 KP637272 KP637257
A. sinicum 云南元江哀牢山 Yan12414 KP637239 KP637203 KP637188 KP637269 KP637254
A. menglianense 云南元江哀牢山 Yan12415 KP637234 KP637198 KP637183 KP637264 KP637249
表 3 从基因库下载的参比材料信息
Table 3 GenBank accession numbers of downloaded DNA sequences in this study
材料
GenBank登录号
rbcL atpB atpA trnL-F rps4-trnS
A. caudatum Lu209 JF935296 JF935373 JF937249 JF980641 JF980558
A. chienii Lu568 JF935303 JF935381 JF937256 JF980649 JF980565
A. menglianense Lu114 JF935311 JF935392 JF937266 JF980660 JF980575
A. gravesii Lu129 JF935312 JF935393 JF937267 JF980664 JF980576
A. gravesii Lu451 JF935317 JF935398 JF937272 JF980664 JF980581
A. juxtapositum Lu575 JF935305 JF935383 JF937258 JF980651 JF980567
A. leveillei Lu163 JF935313 JF935394 JF937268 JF980661 JF980577
A. lianxianense Lu441 JF935306 JF935385 JF937259 JF980653 JF980569
A. caudatum Lu050 JF935297 JF935374 JF937250 JF980642 JF980559
A. mariesii Lu120 JF935302 JF935380 JF937255 JF980648 JF980564
A. philippense Wen8257 JF935330 JF935412 JF937285 JF980675 JF980595
A. philippense Wen10206 JF935340 JF935422 JF937295 JF980685 JF980606
A. sinicum Lu269 JF935300 JF935378 JF937253 JF980646 JF980562
A. philippense Zhang009 JF935299 JF935376 JF937252 JF980644 JF980561
A. sp. Wen8295 JF935329 JF935411 JF937284 JF980674 JF980594
A. sp. Wen9616 JF935326 JF935407 JF937280 JF980671 JF980590
A. sp. Wen9648 JF935327 JF935408 JF937281 JF980672 JF980591
A. capillus junonis Lu111 JF935314 JF935395 JF937269 JF980662 JF980578
A. fengianum Lu228 (外类群) JF935308 JF935388 JF937262 JF980656 JF980571
A. flabellulatum Lu450 (外类群) JF935295 JF935372 JF937248 JF980640 JF980557
925
论 文
表
4
核
基
因
C
R
Y
2
ex
on
3
可
变
位
点
信
息
a)
T
ab
le
4
V
ar
ia
bl
e
si
te
s
in
fo
rm
at
io
n
of
n
uc
le
ar
g
en
e
C
R
Y
2
ex
on
3
物
种
单
倍
型
频
数
G
en
B
an
k
登
录
号
0 0 3
0 2 1
0 3 3
0 3 9
0 4 1
0 4 2
0 4 5
0 5 3
0 9 9
1 0 5
1 1 1
1 2 6
1 4 1
1 4 6
1 5 0
1 5 1
1 7 0
1 7 1
1 7 4
1 9 2
2 2 5
2 2 8
2 4 3
2 6 1
2 6 8
2 8 2
2 9 7
3 3 3
3 3 9
3 4 1
3 5 7
3 6 6
3 6 9
3 7 2
3 8 1
4 1 7
4 2 3
4 2 6
4 3 5
4 3 8
4 4 1
4 4 4
A
.
m
al
es
ia
nu
m
Y
an
12
40
4
T
A
G
G
T
G
A
C
A
G
C
S
C
A
T
C
T
T
G
C
C
T
A
C
C
C
C
T
A
Y
A
T
C
Y
C
T
A
W
T
C
C
M
1
3
K
P
63
72
07
T
A
G
G
T
G
A
C
A
G
C
C
C
A
T
C
T
T
G
C
C
T
A
C
C
C
C
T
A
T
A
T
C
T
C
T
A
T
T
C
C
M
2
1
K
P
63
72
08
T
A
G
G
T
G
A
C
A
G
C
C
C
A
T
C
T
T
G
C
C
T
A
C
C
C
C
T
A
C
A
T
C
C
C
T
A
A
T
C
C
M
3
2
K
P
63
72
09
T
A
G
G
T
G
A
C
A
G
C
G
C
A
T
C
T
T
G
C
C
T
A
C
C
C
C
T
A
C
A
T
C
C
C
T
A
A
T
C
C
M
4
1
K
P
63
72
10
T
A
G
G
T
G
A
C
A
G
C
G
C
A
T
C
T
T
G
C
C
T
A
C
C
C
C
T
A
C
A
T
C
C
C
T
A
T
T
C
C
A
.
ca
ud
at
um
Y
an
12
40
8
T
A
G
G
T
G
K
C
R
G
T
C
T
G
T
A
T
T
A
C
Y
T
G
C
A
C
C
T
A
C
R
T
C
T
T
T
A
A
T
C
T
C
1
1
K
P
63
72
11
T
A
G
G
T
G
G
C
A
G
T
C
T
G
T
A
T
T
A
C
T
T
G
C
A
C
C
T
A
C
G
T
C
T
T
T
A
A
T
C
T
C
2
1
K
P
63
72
12
T
A
G
G
T
G
T
C
G
G
T
C
T
G
T
A
T
T
A
C
C
T
G
C
A
C
C
T
A
C
A
T
C
T
T
T
A
A
T
C
T
C
3
1
K
P
63
72
13
T
A
G
G
T
G
G
C
A
G
T
C
T
G
T
A
T
T
A
C
C
T
G
C
A
C
C
T
A
C
G
T
C
T
T
T
A
A
T
C
T
A
.
ed
ge
w
or
th
ii
Y
an
12
41
2
E
d
K
P
63
72
14
T
A
G
G
C
A
A
C
A
G
T
C
T
G
T
A
T
C
G
T
T
T
G
C
C
T
C
T
G
T
A
C
C
T
C
T
A
A
T
C
T
A
.
m
en
gl
ia
ne
n-
se
Y
an
12
41
5
M
e
K
P
63
72
15
C
A
G
A
T
G
A
C
A
G
T
T
T
G
T
A
T
T
G
T
C
T
G
C
C
C
C
C
A
C
G
T
T
C
C
T
A
A
T
G
T
A
.
ph
il
ip
pe
ns
e
Y
an
12
08
6
T
R
K
G
C
G
A
Y
A
K
T
C
T
G
T
A
T
T
G
S
T
Y
G
C
C
C
Y
C
A
C
G
T
C
T
C
T
A
A
A
T
T
P
1
3
K
P
63
72
16
T
A
T
G
C
G
A
C
A
T
T
C
T
G
T
A
T
T
G
C
T
C
G
C
C
C
C
C
A
C
G
T
C
T
C
T
A
A
A
T
T
P
2
3
K
P
63
72
17
T
A
G
G
C
G
A
T
A
G
T
C
T
G
T
A
T
T
G
G
T
T
G
C
C
C
T
C
A
C
G
T
C
T
C
T
A
A
A
T
T
P
3
3
K
P
63
72
18
T
G
T
G
C
G
A
C
A
T
T
C
T
G
T
A
T
T
G
C
T
C
G
C
C
C
C
C
A
C
G
T
C
T
C
T
A
A
A
T
T
P
4
1
K
P
63
72
19
T
G
T
G
C
G
A
C
A
G
T
C
T
G
T
A
T
T
G
G
T
T
G
C
C
C
T
C
A
C
G
T
C
T
C
T
A
A
A
T
T
A
.
si
ni
cu
m
Y
an
12
40
6
T
A
G
G
T
G
A
C
R
G
C
C
T
A
W
A
C
T
G
C
C
T
G
Y
C
C
C
T
A
C
A
T
C
T
Y
C
G
A
T
C
T
S
1
4
K
P
63
72
20
T
A
G
G
T
G
A
C
A
G
C
C
T
A
T
A
C
T
G
C
C
T
G
T
C
C
C
T
A
C
A
T
C
T
T
C
G
A
T
C
T
S
2
6
K
P
63
72
21
T
A
G
G
T
G
A
C
G
G
C
C
T
A
A
A
C
T
G
C
C
T
G
C
C
C
C
T
A
C
A
T
C
T
C
C
G
A
T
C
T
A
.
sp
. Y
an
1
24
13
Y
A
G
R
T
G
A
C
R
G
Y
Y
T
R
W
A
Y
T
G
Y
C
T
G
Y
C
C
C
Y
A
C
R
T
Y
Y
Y
Y
R
A
T
S
T
M
e
1
K
P
63
72
22
C
A
G
A
T
G
A
C
A
G
T
T
T
G
T
A
T
T
G
T
C
T
G
C
C
C
C
C
A
C
G
T
T
C
C
T
A
A
T
G
T
S
1
5
K
P
63
72
23
T
A
G
G
T
G
A
C
A
G
C
C
T
A
T
A
C
T
G
C
C
T
G
T
C
C
C
T
A
C
A
T
C
T
T
C
G
A
T
C
T
S
2
4
K
P
63
72
24
T
A
G
G
T
G
A
C
G
G
C
C
T
A
A
A
C
T
G
C
C
T
G
C
C
C
C
T
A
C
A
T
C
T
C
C
G
A
T
C
T
A
.
sp
. Y
an
1
24
10
Y
A
G
R
T
G
A
C
R
G
Y
Y
T
R
W
A
Y
T
G
Y
C
T
G
Y
C
C
C
Y
A
C
R
T
Y
Y
Y
Y
R
A
T
S
T
M
e
2
K
P
63
72
25
C
A
G
A
T
G
A
C
A
G
T
T
T
G
T
A
T
T
G
T
C
T
G
C
C
C
C
C
A
C
G
T
T
C
C
T
A
A
T
G
T
S
1
5
K
P
63
72
26
T
A
G
G
T
G
A
C
A
G
C
C
T
A
T
A
C
T
G
C
C
T
G
T
C
C
C
T
A
C
A
T
C
T
T
C
G
A
T
C
T
S
2
2
K
P
63
72
27
T
A
G
G
T
G
A
C
G
G
C
C
T
A
A
A
C
T
G
C
C
T
G
C
C
C
C
T
A
C
A
T
C
T
C
C
G
A
T
C
T
a)
表
中
简
并
碱
基
组
成
:
S
=
G
+
C
, R
=
A
+
G
, W
=
A
+
T
, Y
=
C
+
T
, K
=
T
+
G
2015 年 4 月 第 60 卷 第 10 期
926
物0.25 μL, 模板DNA 1 μL, 超纯水(ddH2O)补足至20
μL. CRY2 exon 3 PCR反应条件: 94℃预变性5 min;
接下来35个循环(94℃变性30 s, 58℃退火30 s, 72℃
延伸30 s), 最后72℃终延伸10 min. 核基因目的片段
用凝胶回收试剂盒回收, 直接测序分析峰图, 若存在
杂合位点, 将序列通过TA克隆, 把它连接到pMD18-
T vector (TaKaRa)上, 连接产物转化TOP10大肠杆菌
感受态细胞, 在含有Amp, IPTG, X-Ga1的LB琼脂平
板上筛选白色的阳性菌落 . 随机挑选10个菌落 , 用
M13双向测序引物对菌落进行PCR检测, 鉴定是否克
隆成功, 测序进行序列分析. 对照直接测序结果, 对
杂合位点位置准确鉴定.
叶绿体DNA序列引物设计参照Lu等人 [25]的方
法, atpA基因扩增引物及测序引物为ESATPF412F和
ESTRNR46F[29]. atpB扩增及测序引物为ESATB172F
和ESATPE45R[30]. rbcL扩增及测序引物均为 1F和
1379R[31]. trnL-F扩 增 及测 序 引 物 “c”和 “f”[32,33].
rps4-tranS扩增及测序引物为“trnS”[34]和 “rps4.5”[35].
扩增反应在Eppendorf梯度PCR扩增仪上进行 . 反应
体系同上. atpA和atpB的PCR反应条件: 95℃预变性3
min; 接下来35个循环 (95℃变性1 min, 50℃退火1
min, 72℃延伸100 s), 最后 72℃终延伸10 min. rbcL
和trnL-F的PCR反应条件: 95℃预变性3 min; 接下来
35个循环(95℃变性1 min, 51℃退火1 min, 72℃延伸80
s), 最后72℃终延伸10 min. rps4-tranS PCR反应条件:
95℃预变性3 min; 接下来35个循环(94℃变性30 s,
58℃退火45 s, 72℃延伸80 s), 最后72℃终延伸10 min.
PCR产物的测序在ABI 3730XL测序仪上完成.
(ⅲ) 序列分析 . 核DNA序列分析将直接测序
得到的全部序列 , 对照测序峰图 , 手动筛选杂合位
点. 当双向测序都能清晰地在峰图上判断出2个不同
的核苷酸峰时, 该位点被认定杂合的点突变位点; 为
了准确地判断单倍型的序列构成 , 我们对有杂合位
点的基因序列进行了分子克隆测序 . 使用BioEdit进
行序列比对, 剪切编辑序列, 单倍型的命名根据种名
的前2个字母(首字母大写), 若不只一个单倍型 , 将
第二个字母用数字替换以示区别. 使用DnaSP v5[36]
判断单倍型构成, Network 4.6.1.0比较单倍型间的进
化关系.
叶绿体DNA序列分析将测序得到的全部序列 ,
用DNAStar 5.0软件中的SeqMan模块进行峰图分析,
手动删除不可信区段 , 拼接F和R端 , 并手动检验改
错, 得到完整片段. 使用BioEdit[37]进行序列比对, 剪
切编辑序列, 用DnaSP v5[36]软件统计不同序列间的
可变位点、简约信息位点. 以A. fengianum Lu228和
A. flabellulatum Lu450为外类群[25], 采用最大简约法
(maximum parsimony, MP)和贝叶斯法(Bayesian in-
ference, BI)构建分子系统树. 用PAUP4.0b10[38]软件
构建MP树 , 空位(gap)处理作缺失(missing)状态 , 采
用启发式搜索(Heuristic)法寻找最简约树(MP), 并对
其进行1000次拟重复抽样的bootstrap分析, 检验各节
点的置信度; 用MrBayes v.3.1.2[39,40]软件构建贝叶斯
树, 依据Modeltest3.7[41,42]中最小AIC值产生的最佳核
苷酸替换模型为TIM+I+G, 设置核苷酸替代类型数
nst = 6, 位点间速率分布设置为rates = gamma, 以随
机树为起始树, 4条马尔可夫链运行100万代, 每100
代抽样并保存数据一次, 舍弃老化样本(2500抽样代)
后, 根据剩余样本构建合意树.
2 结果与分析
2.1 核DNA序列单倍型分析
实验新测定半月形铁线蕨、鞭叶铁线蕨、苍山铁
线蕨、假鞭叶铁线蕨、孟连铁线蕨、普通铁线蕨和云
南元江产的“梅山铁线蕨”(Yan12410和Yan12413)植
物样本核DNA序列CRY2 exon 3 GenBank登录号见表
4. 测序结果比对剪切后得到的序列长度为446 bp,
此序列长度中半月形铁线蕨、鞭叶铁线蕨、苍山铁线
蕨、假鞭叶铁线蕨、孟连铁线蕨和普通铁线蕨, 这6
种实验材料, 每一种均有各自的单倍型, 单倍型间的
进化关系见图1. 而样本Yan12410和Yan12413, 在峰
图上重叠峰(图2)的位置有18处, 包含3个单倍型, 分
别来自于孟连铁线蕨和苍山铁线蕨(表4). 核DNA序
列单倍型分析结果表明云南元江产“梅山铁线蕨”2个
样本是孟连铁线蕨和苍山铁线蕨的杂交.
2.2 叶绿体DNA序列分析
本实验新测定的15个铁线蕨属植物样本5个叶绿
体DNA序列(rbcL, atpB, atpA, trnL-F, rps4-trnS)
GenBank登录号见表2. 本研究以A. fengianum Lu228,
A. flabellulatum Lu450为外类群 , 联合5个叶绿体
DNA序列分别构建了最大简约树和贝叶斯系统发生
树. 测序结果比对剪切后得到的序列长度为5132 bp,
其中变异位点884个, 简约信息位点498个. 启发式搜
927
论 文
图 1 核基因CRY2 texon 3单倍型间的进化关系. 直线上的数字表示
变异步长
Figure 1 Haplotype network of the nuclaer gene CRY2 exon 3. Num-
bers on line represents the mutational steps.
图 2 核基因 CRY2 exon 3序列在变异位点峰图叠加示意
Figure 2 Overlapping peak of variable site in the nuclear gene CRY2
exon 3
索(Heuristic search) TBR算法得到严格一致树, 一致
性指数(CI = 0.7696)和维持性指数(RI = 0.8695).
从贝叶斯系统发生树和MP系统发生树(bootstrap
值1000)中可以看出: (1) 采自云南元江哀牢山的孟连
铁线蕨(A. menglianense Yan12409和A. menglianense
Yan12415), 和来自广西凌云的 A. menglianense
Lu114[25]聚为一枝, 为半月形铁线蕨的姐妹群, 支持
王凡红等人 [13]认为孟连铁线蕨为独立于半月形铁线
蕨的自然种的研究结果; (2) 来自台湾的样本梅山铁
线蕨(A. meishanianum Yan12411)和假鞭叶铁线蕨聚
在一起, 这一结果和Zhang等人[12]证实台湾产的梅山
铁线蕨的母本是假鞭叶铁线蕨的研究结果相同; (3)
我们在云南元江哀牢山采集到的形似“梅山铁线蕨”
的样本Yan12410和Yan12413, 与苍山铁线蕨聚在一
枝中 , 并与梅山铁线蕨和假鞭叶铁线蕨一枝为姐妹
群(图3). 由此推断样本Yan12410和Yan12413, 其母
本为苍山铁线蕨, 结合核基因结果进一步推断, 其父
本为孟连铁线蕨.
3 讨论
3.1 自然杂交物种中存在隐性杂交问题
随着DNA测序和分析的发展 , 原来一些被认为
形态相似的物种, 被发现具有完全不同的亲缘关系,
隐性种(cryptic species)的概念也应运而生. 隐性种通
常被定义为在形态上难以区别的生物物种 [43], 或在
形态上很难辨认 , 由于生殖隔离代表不同的进化谱
系 , 并且一直被误解作为一个物种的种类 [44]. 在本
研究的铁线蕨属的杂交种中 , 云南元江产的形似梅
山铁线蕨的杂交种与台湾产的梅山铁线蕨杂交种形态
学特征相似(表1), 双亲的系统关系近缘(母本分别来
自互为姊妹种的苍山铁线蕨和假鞭叶铁线蕨, 父本分
别来自互为姊妹种的孟连铁线蕨和半月形铁线蕨),
从而可称为梅山铁线蕨的隐性杂交种. 隐性杂交种现
象也存在种子植物中 , 如半枫荷 (Semiliquidambar
cathayensis)原被认为是金缕梅科的一个单型属 , 但
分子生物学证据显示 , 海南产的半枫荷是广布种枫
香(Liquidambar formosana)和海南特有种倒卵阿丁枫
(Altingia obovata)的自然杂交, 而中国大陆地区如广东
黑石顶、南岭山区产的半枫荷却是枫香与其他阿丁枫
属(Altingia)植物之间独立发生的杂交事件 [45]. 因此 ,
在不同产地的看上去形态相似的杂交种, 其双亲可能
来自于与双亲近缘的其他物种. 这要求我们对杂交种
的鉴定中并不能依据简单的形态相似性, 而需要根据
形态特征、父母本双亲产地和遗传学特征综合判断.
蕨类植物中隐性杂交现象的发现 , 可能意味着
中国尚有大量新的自然杂交种有待于进一步发现 .
目前已知中国产蕨类植物2338种 , 但经我们统计可
能存在的自然杂交种仅有62种 [46], 其比例远远低于
2015 年 4 月 第 60 卷 第 10 期
928
图 3 5个叶绿体序列 rbcL, atpB, atpA, trnL-F, rps4-trnS联合构建系统发生树, 横线上面是MP自展支持率(只显示BP≥70%)(bootstrap=1000),
下面是贝叶斯后验概率(只显示 BI≥0.95)
Figure 3 The phylogenetic tree constructed based on five chloroplast markers (rbcL, atpB, atpA, trnL-F, rps4-trnS). Bootstrap values of 1000 maxi-
mum parsimony analysis replicates are shown above branches (BP≥70%), Posterior probability values of Bayesian inference analysis are shown below
branches (BI≥0.95)
Adiantum sp. Yan12413
Adiantum sinicum Lu269
Adiantum sp. Yan12410
Adiantum sinicum Yan112601
Adiantum sinicum Yan12414
Adiantum sinicum Yan12407
Adiantum sinicum Yan12406
Adiantum sp. Wen9616
Adiantum malesianum Yan12416
Adiantum malesianum Yan12404
Adiantum meishanianum Yan12411
Adiantum edgeworthii Yan12412
Adiantum sp. Wen8295
Adiantum chienii Lu568
Adiantum juxtapositum Lu575
Adiantum mariesii Lu120
Adiantum gravesii Lu451
Adiantum lianxianense Lu441
Adiantum gravesii Lu129
Adiantum leveillei Lu163
Adiantum caudatum Lu050
Adiantum caudatum Yan12408
Adiantum caudatum Lu209
Adiantum menglianense Yan12415
Adiantum menglianense Lu114
Adiantum menglianense Yan12409
Adiantum philippense Zhang009
Adiantum sp. Wen9648
Adiantum philippense Wen10206
Adiantum philippense Wen8257
Adiantum philippense Yan12086
Adiantum philippense Yan12405
Adiantum capillus junonis Lu111
Adiantum fengianum Lu228
Adiantum flabellulatum Lu450
100
1.0
97
1.0
96
1.0
100
1.0
100
1.0
100
1.0
100
1.0
100
1.0
100
1.0
100
1.0
100
1.0
97
1.0
100
1.0
100
1.0
100
1.0
100
1.0
94
1.0
100
1.0
97
1.0
100
1.0
929
论 文
世界其他研究较为深入的国家或地区 , 如日本产蕨
类植物832种 , 自然杂交种318种 [47], 夏威夷产蕨类
植物194种, 自然杂交种有37种 [48]. 早期的自然杂交
种的推定多基于形态学的过渡特征、细胞学特征和等
位酶的分析, 随着分子生物学的发展, DNA测序技术
在自然杂交种的鉴定方面逐渐成为可能.
3.2 核DNA序列在蕨类植物自然杂交种鉴定中的
应用
核DNA序列为双亲遗传 , 因此可以更客观真实
地反映物种本来的亲缘关系 , 利用其序列变异来探
讨植物的系统进化优于叶绿体DNA序列 , 特别是有
利于解决网状进化及揭示物种杂交问题 . 但由于核
DNA序列组成结构复杂, 且大部分核DNA序列存在
基因重复现象而造成了直系同源(orthologous)和旁系
同源(paralogous)基因的问题 , 因此使核DNA序列的
应用复杂化 [24]. 相对于被子植物来说 , 蕨类植物高
度多倍化 , 因此适用于被子植物的核DNA序列很少
能被蕨类所用.
近年来 , 部分适用于蕨类植物种间系统进化和
杂交种鉴定研究的核DNA序列相继被开发出来 . 如
Kranz和Huss[49]利用18S rRNA基因序列探讨了蕨类
植物的分子进化问题及蕨类植物与种子植物的关系;
Sanchez-Baracaldo[50]利用18S~26S核基因序列的ETS
序列结合叶绿体DNA序列对Jamesonia-Eriosorus复合
群进行系统发育和谱系地理研究 ; Kuo等人 [12]利用
CRY2第一内含子(CRY2 intron 1)用于对囊蕨属(Li-
Yaung Kuo pers. comm.2008)和铁线蕨属的系统进化
研究 ; Schuettpelz等人 [51]应用低拷贝核基因序列
gapCp研究了碎米蕨复合群cheilanthoid多倍体的起
源; Shepherd等人 [52]用低拷贝的核基因序列Leafy第
二内含子(LFY intron 2)研究了异源多倍体铁角蕨复
合群; Chang等人[22]用核基因序列pgiC intron 14-15对
台湾产的微弯假复叶耳蕨的遗传异质性和杂交起源
的研究; 值得指出的是, Rothfels等人[18]用转录组挖
掘了20个用于蕨类植物系统进化研究的单拷贝核基
因序列分子标记 , 对蕨类植物系统进化和杂交种鉴
定具有重要的参考意义 . 随着蕨类植物基因组数据
和转录组数据的不断发表 , 在不久的将来有望有更
多的核DNA序列能为蕨类系统学研究所用 , 从而为
物种的认识提供更有力的证据[18].
3.3 自然杂交物种的无性繁殖习性增加杂交后代
的适合度
“自然杂交在动植物进化历史中具有多大的贡
献”和“自然杂交后代与亲本之间的适合度有什么差
别”是自然杂交研究在进化意义中2个最受关注的问
题[2]. 虽然自然界的杂交很普遍, 但并不是所有的自
然杂交都能保留下来, 甚至形成新的物种, 杂种后代
虽然可能具有较强的生活力 , 但由于生殖隔离的存
在造成可育性降低甚至不育, 适合度较低, 无法顺利
繁衍后代 , 被有些进化学家称为进化的死角或进化
上的噪音[53,54]. 一般认为, 蕨类植物的杂交后代往往
不能产生或产生很少的能育孢子而难于大量繁殖 ,
因此杂交后代植株的数量较少, 其分布范围较小, 常
常仅限于局部生境中 [55]. 尽管如此 , 仍然有众多蕨
类植物自然杂交种分布范围较广、野外居群数量较
大 . 如本文所研究的云南产铁线蕨属自然杂交种虽
然孢子败育 , 但铁线蕨属鞭叶系植物具有叶轴顶端
延长成鞭状并着地生根的无性繁殖习性 , 能够通过
有效的无性繁殖形成一个较大的无性系居群 , 以此
补偿远缘杂交有性繁殖适合度的下降 , 所以铁线蕨
属鞭叶系自然杂交种在台湾以及云南元江、西双版
纳、普洱孟连等多个地方分布[13]. 类似的无性繁殖机
制还有网脉实蕨(Bolbitis × laxireticulata)、南仁实蕨
(Bolbitis × nanjenensis)、云南实蕨(Bolbitis × yun-
nanensis)等实蕨属的自然杂交种 , 其中网脉实蕨是
由华南实蕨(B. subcordata)和刺蕨(B. appendiculata)
自然杂交产生的 , 其采取根状茎横走并且叶片先端
常产生芽孢的无性繁殖策略. 相反, 自然杂交种粤紫
萁孢子不育且根状茎直立, 每个产地多仅有一株, 因
为没有有效的无性生殖机制来补偿其有性适合度的
下降, 以致数量稀少, 濒临灭绝.
4 结论
我们在云南元江所采集到的形似梅山铁线蕨的
标本是以苍山铁线蕨为母本以孟连铁线蕨为父本的
杂交种, 应鉴定为A. sinicum × A. menglianense; 和台
湾产梅山铁线蕨是不同的杂交起源 , 并不是异域杂
交起源的关系, 二者为隐性杂交种(图4).
2015 年 4 月 第 60 卷 第 10 期
930
图 4 本研究中涉及的铁线蕨属物种间亲缘关系图
Figure 4 Relationships among Adiantum spp. in this study
参考文献
1 Arnold M L. Natural Hybridization and Evolution. Oxford: Oxford University Press Inc, 1997
2 Arnold M L. Natural hybridization as an evolutionary process. Annu Rev Ecol Evol Syst, 1992, 37: 237–261
3 Gou C Y, Zhang S Z, Geng S L. Phylogenetic position and genetic relationship of Osmunda mildei (Osmundaceae): Evidence from rbcL
Gene and trnL-trnF region (in Chinese). Acta Bot Boreali-Occidental Sin, 2009, 28: 2178–2183 [勾彩云, 张寿洲, 耿世磊. 基于rbcL和
trnL-trnF序列探讨粤紫萁的系统位置及遗传关系. 西北植物学报, 2009, 28: 2178–2183]
4 Tsutsumi C, Hirayama Y, Kato M, et al. Molecular evidence on the origin of Osmunda mildei (Osmundaceae). Am Fern J, 2012, 102:
55–68
5 Lee W, Chau L, Wu S. Flora of Hong Kong-Pteridophyta. Hong Kong: Kadoorie Farm & Botanic Garden, 2003
6 Zhang S Z, He Z C, Fan C R, et al. A cytogenetic study of five species in the genus Osmunda. J Syst Evol, 2008, 46: 490–498
7 Zhou X L, Qi X P, Shao W, et al. New records for ferns from Hunan Province, China (in Chinese). J Plant Resour Environ, 2013, 22:
117–118 [周喜乐, 齐新萍, 邵文, 等. 湖南省蕨类植物新记录. 植物资源与环境学报, 2013, 22: 117–118]
8 Yan Y H, Yuan H, He Z X, et al. New records of ferns from Jiangxi, China (in Chinese). Guihaia, 2011, 31: 5–8 [严岳鸿, 苑虎, 何祖霞,
等. 江西蕨类植物新记录. 广西植物, 2011, 31: 5–8]
9 Mitui K. Chromosomes and speciation in ferns. Sci Rep Tokyo Kyoiku Daigaku B, 1968, 13: 185–333
10 Mitsuta S. An artificial hybrid between Diplazium pin-faense and D. wichurae var. wichurae. Acta Phytotax Geobot, 1982, 33: 275
11 Gu Y F, Wei H J, Wei R, et al. Diplazium × kidoi Sa. Kurata, a newly recorded species of Diplazium (Athyriaceae) from China (in Chi-
nese). Plant Sci J, 2014, 32: 336–339 [顾钰峰, 韦宏金, 卫然, 等. 中国双盖蕨属一新记录种—Diplazium × kidoi Sa. Kurata. 植物科
学学报, 2014, 32: 336–339]
12 Zhang W Y, Kuo L Y, Li F W, et al. The hybrid origin of Adiantum meishanianum (Pteridaceae): A rare and endemic species in Taiwan.
Syst Bot, 2014, 39: 1034–1041
13 Wang F H, Lu J M, Li D S. New geographical distribution of three species in Adiantum L. (in Chinese). Acta Bot Boreali-Occidental Sin,
2014, 34: 1055–1060 [王凡红, 卢金梅, 李德铢. 铁线蕨属3个种的分布新记录. 西北植物学报, 2014, 34: 1055–1060]
14 Xiang L, Werth C R, Emery S N, et al. Population-specific gender-biased hybridization between Dryopteris intermedia and D.
carthusiana: Evidence from chloroplast DNA. Am J Bot, 2000, 87: 1175–1180
15 Small R L, Cronn R C, Wendel J F. Use of nuclear genes for phylogeny reconstruction in plants. Aust Syst Bot, 2004, 17: 145–170
16 Masuyama S, Watano Y. Hybrid sterility between two isozymic types of the fern Ceratopteris thalictroides in Japan. J Plant Res, 1994,
107: 269–274
17 Lin S J, Kato M, Iwatsuki K. Electrophoretic variation of the apogamous Dryopteris varia group (Dryopteridaceae). J Plant Res, 1995,
108: 451–456
18 Rothfels C J, Larsson A, Li F W, et al. Transcriptome-mining for single-copy nuclear markers in ferns. PLoS One, 2013, 8: e76957
931
论 文
19 Koch M A, Dobeš C, Mitchell Olds T. Multiple hybrid formation in natural populations: Concerted evolution of the internal transcribed
spacer of nuclear ribosomal DNA (ITS) in North American Arabis divaricarpa (Brassicaceae). Mol Biol Evol, 2003, 20: 338–350
20 Wendel J F, Schnabel A, Seelanan T. Bidirectional interlocus concerted evolution following allopolyploid speciation in cotton
(Gossypium). Proc Natl Acad Sci USA, 1995, 92: 280–284
21 Zhang R, Liu T, Wu W, et al. Molecular evidence for natural hybridization in the mangrove fern genus Acrostichum. BMC Plant Biol,
2013, 13: 74
22 Chang H M, Chiou W L, Wang J C. Molecular evidence for genetic heterogeneity and the hybrid origin of Acrorumohra subreflexipinna
from Taiwan. Am Fern J, 2009, 99: 61–77
23 Tian X, Li D Z. Application of DNA sequences in plant phylogenetic study (in Chinese). Acta Bot Yunnan, 2002, 24: 170–184 [田欣, 李
德铢. DNA序列在植物系统学研究中的应用. 云南植物研究, 2002, 24: 170–184]
24 Liu H M, Zhang X C, Zeng H. Application of DNA sequences in pteridophyte phylogenetic study (in Chinese). Chin Bull Bot, 2009, 44:
143–158 [刘红梅, 张宪春, 曾辉. DNA序列在蕨类分子系统学研究中的应用. 植物学报, 2009, 44: 143–158]
25 Lu J M, Wen J, Lutz S, et al. Phylogenetic relationships of Chinese Adiantum based on five plastid markers. J Plant Res, 2012, 125:
237–249
26 Gastony G J, Yatskievych G. Maternal inheritance of the chloroplast and mitochondrial genomes in cheilanthoid ferns. Am J Bot, 1992,
79: 716–722
27 Vogel J C, Russell S, Rumsey F, et al. Evidence for maternal transmission of chloroplast DNA in the genus Asplenium (Aspleniaceae,
Pteridophyta). Bot Acta, 1998, 111: 247–249
28 Soltis P S, Doyle J J, Soltis D E. Molecular data and polyploid evolution in plants. In: Soltis P S, Soltis D E, Doyle J J, eds. Molecular
Systematics of Plants. Berlin, Heidelberg: Springer, 1992. 177–201
29 Schuettpelz E, Korall P, Pryer K M. Plastid atpA data provide improved support for deep relationships among ferns. Taxon, 2006, 55:
897–906
30 Schuettpelz E, Pryer K M. Fern phylogeny inferred from 400 leptosporangiate species and three plastid genes. Taxon, 2007, 56: 1037
31 Little D P, Barrington D S. Major evolutionary events in the origin and diversification of the fern genus Polystichum (Dryopteridaceae).
Am J Bot, 2003, 90: 508–514
32 Lu J M, Li D Z, Gao L M, et al. Paraphyly of Cyrtomium (Dryopteridaceae): Evidence from rbcL and trnL-F sequence data. J Plant Res,
2005, 118: 129–135
33 Taberlet P, Gielly L, Pautou G, et al. Universal primers for amplification of three non-coding regions of chloroplast DNA. Plant Mol Biol,
1991, 17: 1105–1109
34 Shaw J, Lickey E B, Beck J T, et al. The tortoise and the hare II: relative utility of 21 noncoding chloroplast DNA sequences for
phylogenetic analysis. Am J Bot, 2005, 92: 142–166
35 Souza Chies T T, Bittar G, Nadot S, et al. Phylogenetic analysis of Iridaceae with parsimony and distance methods using the plastid gene
rps4. Plant Syst Evol, 1997, 204: 109–123
36 Librado P, Rozas J. DnaSP v5: A software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Bioinformatics, 2009, 25: 1451–1452
37 Hall T A. BioEdit: A user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. Nucleic Acids
Symp Ser, 1999, 42: 95–98
38 Swofford D L. PAUP*. Phylogenetic analysis using parsimony (* and other methods). Version 4., 2003
39 Huelsenbeck J P, Ronquist F. MRBAYES: Bayesian inference of phylogenetic trees. Bioinformatics, 2001, 17: 754–755
40 Ronquist F, Huelsenbeck J P. MrBayes 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models. Bioinformatics, 2003, 19: 1572–1574
41 Posada D, Buckley T R. Model selection and model averaging in phylogenetics: Advantages of Akaike information criterion and Bayesian
approaches over likelihood ratio tests. Syst Biol, 2004, 53: 793–808
42 Posada D, Crandall K A. Modeltest: Testing the model of DNA substitution. Bioinformatics, 1998, 14: 817–818
43 Grant V. Plant Speciation: Maps, Chromosome Numbers. New York: Columbia University Press, 1981
44 Paris C A, Wagner F S, Wagner W H. Cryptic species, species delimitation, and taxonomic practice in the homosporous ferns. Am Fern J,
1989, 79: 46–54
45 Wu W, Zhou R, Huang Y, et al. Molecular evidence for natural intergeneric hybridization between Liquidambar and Altingia. J Plant Res,
2010, 123: 231–239
46 Wu Z Y, Raven P H, Hong D Y. Flora of China. Beijing: Science Press; St.Louis: Missouri Botanical Garden Press, 2013, 2–3: 242
47 Toshiyuki N. Index to scientific names of Japanese Pteridophytes. J Nippon Fernist Club, 2004
48 Palmer D D. Hawaii’ Ferns and Fern Allies. Honolulu: University of Hawaii Press, 2003
2015 年 4 月 第 60 卷 第 10 期
932
49 Kranz H D, Huss V A. Molecular evolution of pteridophytes and their relationship to seed plants: evidence from complete 18S rRNA gene
sequences. Plant Syst Evol, 1996, 202: 1–11
50 Sanchez B P. Phylogenetics and biogeography of the neotropical fern genera Jamesonia and Eriosorus (Pteridaceae). Am J Bot, 2004, 91:
274–284
51 Schuettpelz E, Grusz A L, Windham M D, et al. The utility of nuclear gapCp in resolving polyploid fern origins. Syst Bot, 2008, 33:
621–629
52 Shepherd L D, Perrie L R, Brownsey P J. Low-copy nuclear DNA sequences reveal a predominance of allopolyploids in a New Zealand
Asplenium fern complex. Mol Phylogenet Evol, 2008, 49: 240–248
53 Barton N H, Hewitt G. Analysis of hybrid zones. Annu Rev Ecol Syst, 1985, 16: 113–148
54 Mayr E. Animal species and evolution. Cambridge (Massachusetts): Belknap Press, 1963
55 Zhang X C. Hybrids of fern in China (in Chinese). Bull Biol, 1993, 3: 4 [张宪春. 我国的蕨类植物杂交种. 生物学通报, 1993, 3: 4]
A new cryptic hybrid species of Adiantum L. (Pteridaceae) identified by
nuclear and chloroplast DNA sequences
WANG Ying1,2, SHANG Hui1, GU YuFeng1,2, WEI HongJin1, ZHAO GuoHua1,3, DAI XiLing2 &
YAN YueHong1
1 Chenshan Botanical Garden, Shanghai Chenshan Plant Science Research Center, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201602, China;
2 College of Life and Environmental Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China;
3 Harbin Normal University, Key Laboratory of Plant Biology, College of Heilongjiang Province, Harbin 150025, China
Natural hybridization has been commonly found in ferns and is generally believed to happen independently at different locations if the
range of the parent species overlaps. In 2013, we collected seven species of Adiantum from Yuanjiang, Yunnan, China. The identity of
one of these collections remained in doubt; the plant is very similar to A. meishanianum (A. malesianum × A. philippense), a natural
hybrid from Taiwan, China. Morphological comparison showed that this unidentified collection was different from other related taxa.
Sequencing of a single copy of an exon (CRY2 exon 3) of the nuclear genome suggested this plant contained haplotype sequences of
both A. sinicum and A. menglianense. Therefore, it should be treated as a new hybrid. Phylogenic analysis based on five chloroplast
DNA sequences (rbcL, atpB, atpA, trnL-F and rps4-trnS) indicated that the plant was clustered in A. sinicum, which could be
considered to be the female parent of the hybrid. This new hybrid is not only similar to A. meishanianum in morphology, but also its
parental taxa are in sister groups in the phylogeny. Hence, the new hybrid was considered to be a cryptic hybrid species. Our methods
could be extended to identify other potential natural fern hybrids in China. The habit of clonal propagation potentially occurs in nature,
so this natural hybrid could easily survive in the field because clonal growth can offset the lack of fitness caused by sexual
reproductive isolation, which may be an important reason why so many hybrid ferns exist in nature.
fern, Adiantum, nuclear DNA sequence, chloroplast DNA sequence, natural hybrid, fitness, cryptic species
doi: 10.1360/N972014-00891