毛茛科分子系統(tǒng)發(fā)育研究進(jìn)展

劉慧杰,謝　磊

(北京林業(yè)大學(xué) 自然保護(hù)區(qū)學(xué)院，北京 100083)

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毛茛科分子系統(tǒng)發(fā)育研究進(jìn)展

劉慧杰,謝磊*

(北京林業(yè)大學(xué) 自然保護(hù)區(qū)學(xué)院，北京 100083)

毛茛科(Ranunculaceae)在被子植物的系統(tǒng)演化中占有十分重要的地位，其系統(tǒng)位置和科下演化關(guān)系一直備受爭議。近20多年的分子系統(tǒng)學(xué)研究表明，以往基于形態(tài)學(xué)的分類系統(tǒng)與分子系統(tǒng)學(xué)研究結(jié)果存在巨大差異。通過形態(tài)學(xué)性狀界定的絕大多數(shù)亞科都沒有得到分子系統(tǒng)學(xué)支持。此外，通過形態(tài)學(xué)確定的一些屬如升麻屬(Cimicifuga)、黃三七屬 (Souliea)、獐耳細(xì)辛屬 (Hepatica)、白頭翁屬 (Pulsatilla)和水毛茛屬 (Batrachium)等，根據(jù)分子系統(tǒng)學(xué)研究均應(yīng)予以歸并。而分子系統(tǒng)學(xué)研究也確立了一些類群的屬級地位，如露蕊烏頭屬 (Gymnaconitum)等。以中國分布的毛茛科植物為例，通過以往分子系統(tǒng)學(xué)研究，共有10個屬被歸并，2個屬新被確立。然而，毛茛科分子系統(tǒng)學(xué)研究對于科下許多類群之間的關(guān)系目前仍然沒有得到很好的解決，如毛茛亞科和翠雀族等類群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系仍需要進(jìn)行深入研究后方能確定。該文對近年來國內(nèi)外有關(guān)毛茛科的分子系統(tǒng)學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并對該科尚存的一些問題和未來的研究方向進(jìn)行了討論。

毛茛科；分子系統(tǒng)學(xué)；分類；研究進(jìn)展

毛茛科傳統(tǒng)上被認(rèn)為是被子植物的原始類群之一，其保留了許多原始特征[1]。在APGⅢ系統(tǒng)中，位于真雙子葉植物(Eudicots)的基部，是被子植物分化較早的科之一，與小檗科(Berberidaceae)成姊妹類群，并和防己科(Menispermaceae)、星葉草科(Circaeasteraceae)、木通科(Lardizabalaceae)、罌粟科(Papaveraceae)和領(lǐng)春木科(Eupteleaceae)一起歸為毛茛目(Ranunculales)[2]。全世界已記載毛茛科植物約有62個屬2 525個種[3]，廣布于除南極洲外的全球各個大洲，尤其以溫帶、寒溫帶、高山地區(qū)數(shù)量最多[4]。毛茛科植物含有多種化學(xué)成分，許多種類為中國傳統(tǒng)的中草藥。此外，耬斗菜屬(Aquilegia)、鐵線蓮屬(Clematis)、翠雀屬(Delphinium)和金蓮花屬(Trollius)等屬植物具有較高的觀賞價值，在世界各地的庭院中被廣泛引用[5]。因而，對毛茛科開展系統(tǒng)演化研究具有重要的理論與應(yīng)用價值。

1　系統(tǒng)學(xué)研究歷史及現(xiàn)狀

由于毛茛科被認(rèn)為是被子植物的原始科且具有重要的經(jīng)濟價值，長期以來吸引了眾多植物分類學(xué)家對其進(jìn)行研究。早期研究中毛茛科的分類主要依據(jù)果實類型分為蓇葖果類群和瘦果類群[6]，后來染色體形態(tài)特征受到重視[7]，隨后通過次生化合物[8-9]、孢粉學(xué)[10-11]、微形態(tài)學(xué)[12-13]等途徑對毛茛科進(jìn)行了多方面的系統(tǒng)研究，產(chǎn)生了許多不同的分類系統(tǒng)(表1)。

在毛茛科的分類研究歷史中，De Candolle第一次把毛茛科植物放在物種領(lǐng)域進(jìn)行專文論著，把毛茛科分為5個族分別是：鐵線蓮族(Tribe Clematideae)、銀蓮花族(Tribe Anemoneae)、毛茛族(Tribe Ranunculeae)、鐵筷子族(Tribe Helleboreae)和芍藥族(Tribe Paeonieae)[14]，他的工作影響了往后很長時間對該科的分類研究。Prantl對毛茛科的分類研究除了采用傳統(tǒng)的形態(tài)性狀以外，還運用了解剖學(xué)和胚胎學(xué)特征，他把芍藥屬(Paeonia)、白根葵屬(Glaucidium)和黃根葵屬(Hydrastis)歸到芍藥族中，并認(rèn)為芍藥族是小檗科和毛茛科祖先的直接后代[15]。Langlet首次注意到了毛茛科分類中細(xì)胞核學(xué)的重要性，認(rèn)為毛茛科內(nèi)有2種染色體類型，分別為：具有大染色體的R型染色體類群和小染色體的T型染色體類群，并以此為基礎(chǔ)把毛茛科分為唐松草亞科(Subfam. Thalictroideae)和毛茛亞科(Subfam. Ranunculoideae)[7]。這3個工作在毛茛科分類的研究工作中是有著里程碑式意義的[16]。

表1　基于形態(tài)與分子系統(tǒng)學(xué)的毛茛科分類系統(tǒng)研究動態(tài)進(jìn)展Table 1　Classification system of Ranunculaceae based on morphology and molecular systematics

早期的毛茛科分類工作有很多存在爭議的地方，如芍藥屬、星葉草屬(Circaeaster)和獨葉草屬(Kingdonia)或是被學(xué)者歸到毛茛科中，或是認(rèn)為應(yīng)作為一個獨立的科[17-18]。Tamura[19]把星果草屬(Asteropyrum)歸到黃連族(Tribe Coptideae)的分類處理也是存有疑點，另外芍藥屬和白根葵屬過去也被歸類到毛茛科中。但隨著研究方法的不斷擴展，這些爭議如今都有了新的且較為妥善的安排，其中星果草屬作為一個獨立的星果草族(Tribe Asteropyreae)歸類到毛茛亞科內(nèi)[20-21]，芍藥屬被分離出來成為芍藥科(Paeoniaceae)[22-25]，白根葵屬被分離出來成為白根葵科(Glaucidiaceae)[24,26 ]。星葉草屬現(xiàn)在普遍的認(rèn)為其是單系群，應(yīng)分離出來成為星葉草科[24,27]。對于毛茛科的系統(tǒng)位置，Loconte & Estes[17]認(rèn)為毛茛科與小檗科、木通科以及防己科一起歸為毛茛目中，但目前以分子數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)所構(gòu)建的APG Ⅲ[2]以及Wang等[21]認(rèn)為毛茛科和防己科、小檗科、星葉草科、木通科、罌粟科、領(lǐng)春木科一起歸為毛茛目內(nèi)并且毛茛科與小檗科成姊妹類群，這也是如今比較被學(xué)者們所接受的處理。

隨著分子生物技術(shù)不斷發(fā)展，分子系統(tǒng)學(xué)方法在植物系統(tǒng)學(xué)研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。分子系統(tǒng)學(xué)是指利用生物大分子，即蛋白質(zhì)和DNA序列推斷生命有機體間的演化關(guān)系的學(xué)科。它將氨基酸和核苷酸數(shù)據(jù)應(yīng)用于系統(tǒng)學(xué)問題的研究，對探討植物的演化機制和分類產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。傳統(tǒng)以比較形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的分類工作，由于形態(tài)特征的同塑性使得對某些科屬作出的分類系統(tǒng)有著較大的不確定性，并不能全面反映真正的物種演化過程。而以分子序列數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的分子系統(tǒng)研究具有許多容易界定的分子性狀，通過直接比較分子性狀可以為分類群的系統(tǒng)重建提供珍貴的發(fā)育信息，并且支持基于形態(tài)特征界定的一些類群的單系性，允許系統(tǒng)學(xué)家在一些有爭議的系統(tǒng)關(guān)系假說中做出選擇，可以確認(rèn)一些疑難類群的系統(tǒng)位置，對不適合的目和屬進(jìn)行重新界定。聯(lián)合多種不同的分子序列或者形態(tài)性狀，可以為毛茛科的分類提供新的可能性，能夠更真實反映出物種的演化歷程。

2　毛茛科分子系統(tǒng)學(xué)研究進(jìn)展

2.1毛茛科內(nèi)亞科和族一級的研究

由于分子系統(tǒng)學(xué)研究日益普遍，越來越多不同功能和不同來源的分子序列數(shù)據(jù)被運用到毛茛科內(nèi)不同階元的系統(tǒng)發(fā)育重建工作中。經(jīng)過各國學(xué)者多年的研究工作，毛茛科分子系統(tǒng)為毛茛科的分類帶來了許多實質(zhì)性的進(jìn)展，取得了不凡的成果。

目前針對整個毛茛科亞科和族一級的系統(tǒng)發(fā)育研究已有很多工作。Johansson等[4]利用葉綠體DNA限制性位點，取31個樣本代表了毛茛科26個屬，分析了547個含有系統(tǒng)信息的限制性位點。對毛茛科系統(tǒng)發(fā)育的研究結(jié)果表明唐松草族(Tribe Thalictreae)應(yīng)被提升為亞科，對于爭議較多的黃根葵屬，他們的結(jié)果顯示黃根葵屬是毛茛科其它屬的姊妹類群，應(yīng)歸到毛茛科中。Johansson[34]以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)又新加上毛茛科4個屬材料，對毛茛科的屬間關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果呈現(xiàn)出的分辨水平與之前的研究類似。

Hoot[35]利用葉綠體atpB、rbcL及核糖體18S rDNA基因，取23個屬代表了毛茛科主要的亞科和族對毛茛科的系統(tǒng)關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果與Langlet[7]依據(jù)染色體形態(tài)所產(chǎn)生的分類結(jié)果類似。Ro等[5]利用核糖體26S rDNA基因?qū)γ⒖频难芯?，結(jié)果與Hoot[35]對毛茛科的分類研究不同的是認(rèn)為T型染色體類群并不是一個單系類群，它其中包括了3個獨立的單系群分別是黃根葵屬；黃連屬(Coptis)和黃根木屬(Xanthorhiza)；耬斗菜屬，假扁果草屬(Enemion)和唐松草屬(Thalictrum)。此外認(rèn)為金蓮花屬和側(cè)金盞花屬(Adonis)有著很近的親緣關(guān)系，盡管在形態(tài)上它倆幾乎沒有共同的特征。

Wang等[20]利用葉綠體DNA的rbcL基因和26SrDNA基因，對毛茛科的每個亞科和族進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示4個主要的分支與Jensen等[36]和Ro等[5]對毛茛科的分類系統(tǒng)：毛茛亞科、唐松草亞科、黃連亞科和黃根葵亞科(Subfam. Hydrastidoideae)較為一致，不同的是把星果草屬歸在了毛茛亞科內(nèi)，他們認(rèn)為星果草屬應(yīng)提升為毛茛亞科下的星果草族。

Wang等[21]聯(lián)合葉綠體rbcL、matK、trnL-F和26S rDNA，對毛茛目各個屬取了共105個樣本，重建了毛茛目的分類系統(tǒng)。認(rèn)為毛茛目分為3個主要支系，分別是:(1)領(lǐng)春木科(2)罌粟科(3)毛茛科、小檗科、防己科、木通科和星葉草科。把毛茛科分為毛茛亞科、唐松草亞科、黃連亞科、黃根葵亞科、白根葵亞科(Glaucidioideae)5個亞科，認(rèn)為白根葵屬為毛茛科的最基部類群，并為美花草屬(Callianthemum)設(shè)置了美花草族(Tribe Callianthemeae)。

Cossard等[3]利用4個新基因葉綠體的ndhF基因和線粒體的nad4-I1內(nèi)含子以及與CYCLOIDEA基因同系的2個核基因，又聯(lián)合ITS、rbcL、matK和trnL基因，取了54個樣本代表了Wang等[21]毛茛科分類系統(tǒng)的所有亞科和族，分析了毛茛科內(nèi)亞科以及族階元的分類系統(tǒng)。結(jié)果認(rèn)為毛茛亞科并不是一個單系，因為毛茛亞科下的側(cè)金盞花族(Tribe Adonideae)與唐松草亞科成姊妹類群，從而認(rèn)為應(yīng)將唐松草亞科與毛茛亞科合并為一個亞科，唐松草亞科作為這個新亞科的一個族。

毛茛族的分類一直廣受學(xué)者們爭論，Emadzade等[37]聯(lián)合matK，trnK，psbJ-petA和ITS序列，取53個樣本代表了由Tamura[38]確立的毛茛族17個屬中的16個屬(除了單性鴉跖花屬)，重建了毛茛族的分類系統(tǒng)。結(jié)果不認(rèn)同Tamura[38]把毛茛族分為3個亞族的做法，認(rèn)為毛茛族分為6個主要支系分別是：由毛茛屬(Ranunculus)組成的Clade I-a，由燈罩毛茛屬(Krapfia)和巨燈毛茛屬(Laccopetalum)組成的Clade I-b，由角果毛茛屬(Ceratocephala)和鼠尾毛茛屬(Myosurus)組成的Clade I-c，由榕毛茛屬(Ficaria)和北歐毛茛屬(Coptidium)組成的Clade Ⅰ-d以及由極地毛茛屬(Arcteranthis)、冰毛茛屬(Beckwithia)、彎喙毛茛屬(Cyrtorhyncha)、堿毛茛屬(Halerpestes)、鴉跖花屬(Oxygraphis)和無瓣毛茛屬(Trautvetteria)組成的Clade Ⅱ-a和由單性毛茛屬(Hamadryas)、蓮葉毛茛屬(Peltocalathos)、美花毛茛屬(Callianthemoides)和白萼毛茛屬(Kumlienia)組成的Clade Ⅱ-b。其中角果毛茛屬、鼠尾毛茛屬、榕毛茛屬和北歐毛茛屬都是從毛茛屬里獨立出來成為獨立的屬，并把象鼻毛茛屬(Gampsoceras)歸到了毛茛屬中。然而Wang等[39]利用matK、trnK、psbJ-petA、rbcL和ITS序列研究毛茛族的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)上述Emadzade等[37]的研究使用了10個有問題的psbJ-petA序列，從而認(rèn)為Emadzade等[37]的研究結(jié)果存有爭議。Wang等[39]的結(jié)果把毛茛族分成了2個主要支系，認(rèn)為冰毛茛屬和彎喙毛茛屬是Clade Ⅱ中最早分化的類群，對冰毛茛屬、彎喙毛茛屬、白萼毛茛屬和蓮葉毛茛屬的系統(tǒng)位置進(jìn)行了調(diào)整，結(jié)果還顯示白萼毛茛屬、極地毛茛屬和無瓣毛茛屬聚在了一起，單性毛茛屬和美花毛茛屬為姊妹類群。

關(guān)于翠雀族(Tribe Delphinieae)的分類，長久以來也是頗受爭議。Jabbour等[40]利用ITS，trnL和trnL-F序列，取185個樣本代表翠雀族形態(tài)上的各個主要類群，重建了翠雀族的分類系統(tǒng)。認(rèn)為烏頭屬(Aconitum)和翠雀屬都為單系，并把翠雀族分成烏頭屬、翠雀屬和毒虱花屬(Staphisagria)。其中毒虱花屬是由翠雀屬下的亞屬提升為一個獨立的屬，把烏燕草屬(Aconitella)和飛燕草屬(Consolida)歸到了翠雀屬中。Wang等[41]利用ITS和trnL-F序列以及ITS，trnL-F，trnH-psbA，trnK-matK，trnS-trnG，rbcL兩個數(shù)據(jù)集，分別取了285和32個樣本代表了Tamura[42]關(guān)于翠雀族分類系統(tǒng)中所有的屬和亞屬及Jabbour等[40]翠雀族分類系統(tǒng)的各個主要支系，分析了翠雀族的分類系統(tǒng)。認(rèn)為傳統(tǒng)的烏頭屬并不為單系，把烏頭屬下的露蕊烏頭亞屬(Gymnaconitum)提升為一個獨立的屬，修訂翠雀族由烏頭屬、翠雀屬、露蕊烏頭屬和毒虱花屬4個屬組成。

2.2毛茛科內(nèi)近緣屬和屬下關(guān)系的研究

關(guān)于爭議較多的類葉升麻屬(Actaea)和升麻屬(Cimicifuga)的界定。Compton等[43]測序并且比對了2個屬內(nèi)所有種的ITS序列，結(jié)果顯示升麻屬和類葉升麻屬以及黃三七屬(Souliea)共同組成一個單系類群它們之間的親緣關(guān)系很近。而升麻屬的總狀升麻(Cimicifugaracemosa)與類葉升麻屬是姊妹類群，它們組成了一個支持率較高的單系分枝。為了進(jìn)一步的解決類葉升麻屬和升麻屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，Compton等[44]又聯(lián)合分析了ITS序列和葉綠體DNA的trnL-F間區(qū)的數(shù)據(jù)，對類葉升麻屬進(jìn)行了重新分類，把升麻屬和黃三七屬歸到類葉升麻屬中，并把類葉升麻屬分為7個組(Sect.Actaea, Sect.Podocarpae, Sect.Cimicifuga, Sect.Dichanthera, Sect.Oligocarpae, Sect.Pityrosperma, Sect.Souliea)。

依據(jù)分子數(shù)據(jù)，獐耳細(xì)辛屬(Hepatica)、白頭翁屬(Pulsatilla)、漿果蓮花屬(Knowltonia)、腎果獐耳細(xì)辛屬(Barneoudia)和黃蓮花屬(Oreithales)被歸到了銀蓮花屬(Anemone)中[45-47]。Hoot等[48]聯(lián)合葉綠體atpB-rbcL間區(qū)和核ITS序列，取55個樣本代表了上述所有的屬，研究了銀蓮花屬的分類系統(tǒng)。結(jié)果支持了之前的歸并，把銀蓮花屬分為2個亞屬，6個組。但不同的一點是認(rèn)為白頭翁屬應(yīng)作為一個新組歸到銀蓮花屬的銀蓮花亞屬(Subgen.Anemone)中。Yu Zhang等[49]聯(lián)合ITS和atpB-rbcL序列對銀蓮花屬的研究，與Hoot等[48]的研究結(jié)果大體一致，但認(rèn)為卵葉銀蓮花組(Sect.Begoniifolia)應(yīng)作為草玉梅組(Sect.Rivularidium)下的亞組。關(guān)于銀蓮花族下的單型屬，罌粟蓮花屬(Anemoclema)的系統(tǒng)位置，Yu Zhang等[50]利用ITS和atpB-rbcL序列分析罌粟蓮花屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，結(jié)果顯示罌粟蓮花屬和鐵線蓮屬成姊妹類群，因此把罌粟蓮花屬和鐵線蓮屬歸到了鐵線蓮亞族中。

Miikeda等[51]利用葉綠體DNA的matK和trnK內(nèi)含子以及atpB-rbcL、rpoB-trnC、psbA-trnH-trnQ和rbcL-accD四個間區(qū)和核基因的ITS序列，對鐵線蓮屬每個亞屬和組總共取樣33個，研究鐵線蓮屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，結(jié)果支持了鐵線蓮亞族的單系性，同時把錫蘭蓮屬(Naravelia)和互葉鐵線蓮屬(Archiclematis)歸到了鐵線蓮屬中，在Tamura[52]對鐵線蓮屬所分的4個亞屬中，他們認(rèn)為尾葉鐵線蓮亞屬(Subgen.Viorna)為單系其余3個亞屬為并系。Xie等[53]利用ITS序列和葉綠體DNA的atpB-rbcL、psbA-trnH-trnQ和rpoB-trnC三個間區(qū)，對鐵線蓮屬所有的亞屬和組以及主要的分布區(qū)域取樣75個種，分析了鐵線蓮屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。同樣支持了互葉鐵線蓮屬、錫蘭蓮屬和鐵線蓮屬的合并，不支持之前依據(jù)形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)對鐵線蓮屬的分類，不同的是把鐵線蓮屬分為了10個主要分枝。而Tamura[54]以形態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的研究中，把鐵線蓮屬和錫蘭蓮屬、互葉鐵線蓮屬同歸為銀蓮花族的鐵線蓮亞族(Subtri. Clematidinae)的做法，與上述分子系統(tǒng)的研究不一致。

Wang等[55]利用葉綠體DNA的rbcL、matk、trnL-F和核基因ITS序列，對唐松草亞科各個屬取了總共14個樣本，進(jìn)行唐松草亞科屬級系統(tǒng)的重建。結(jié)果顯示唐松草亞科的9個屬分為了3個主要大群 (major groups)，分別是：(1)唐松草屬，藍(lán)堇草屬(Leptopyrum)，擬耬斗菜屬(Paraquilegia)和扁果草屬(Paropyrum)；(2)尾囊草屬(Urophysa)，天葵屬(Semiaquilegia)和耬斗菜屬；(3)人字果屬(Dichocarpum)，假扁果草屬和北扁果草屬(Isopyrum)。其中北扁果草屬的扁果草(Isopyrumanemonoides)與假耬斗菜屬形成一個分支，東北扁果草(I.manshuricum)和唐松葉扁果草(I.thalictroides)形成了另一個分支，結(jié)合形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)后支持扁果草屬成為一個獨立的屬。

Wang等[56]利用matK基因，取51個屬代表了毛茛科所有的亞科和族，推斷雞爪草屬(Calathodes)和大菟葵屬(Megaleranthis)的系統(tǒng)位置。還聯(lián)合matK、trnL-F和ITS序列，取側(cè)金盞花族的22個樣本，分析兩屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。結(jié)果他們認(rèn)為雞爪草屬應(yīng)歸為側(cè)金盞花族，大菟葵屬歸到金蓮花屬，所以側(cè)金盞花族也被重新修訂為由側(cè)金盞花屬、雞爪草屬和金蓮花屬組成。

綜上所述，分子系統(tǒng)學(xué)在毛茛科的研究中開展廣泛，許多種分子序列被用于對傳統(tǒng)意義上的毛茛科分類系統(tǒng)的進(jìn)一步鑒定(表2)，為毛茛科的系統(tǒng)發(fā)育研究提供了很多珍貴有效的信息，給傳統(tǒng)的毛茛科分類系統(tǒng)帶來了很多變化。概括來講，植物基因組可以分為葉綠體基因組、核基因組和線粒體基因組，其中核基因組進(jìn)化速率最快，約為葉綠體基因組的2倍；線粒體基因組進(jìn)化最慢，約相當(dāng)于葉綠體基因組的1/3[57]。綜合毛茛科分子系統(tǒng)研究來看，所選用的序列主要有：(1)ITS序列。ITS是18S基因和26S基因間的基因間區(qū)被稱為內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)，毛茛科植物中ITS序列具有高度變異性同時在長度上較為保守，適合應(yīng)用于較低分類階元如屬間、種間的系統(tǒng)研究；(2)26S基因。其序列變異程度適于探討毛茛科亞科及族間的系統(tǒng)關(guān)系；(3)rbcL基因。rbcL位于葉綠體基因組的大單拷貝區(qū)，長約1 400 bp進(jìn)化速率相對保守，適合科內(nèi)遠(yuǎn)緣屬間這樣較遠(yuǎn)類群間的系統(tǒng)研究；(4)matK基因。matK位于葉綠體trnK基因的內(nèi)含子中，是葉綠體基因組編碼區(qū)中進(jìn)化最快的基因之一，可以為科級、屬級的系統(tǒng)重建提供較高的支持率；(5)ndhF基因。ndhF位于葉綠體基因組的小單拷貝區(qū)，可以很好的解決科內(nèi)系統(tǒng)關(guān)系的研究；(6)atpB-rbcL間區(qū)。長約900 bp，適于族間和屬間的系統(tǒng)學(xué)研究；(7)rpoB-trnC間區(qū)。長約1 200 bp，可用于種及種下系統(tǒng)；(8)psbA-trnH間區(qū)。可用于組間和種間的系統(tǒng)發(fā)育研究，長約300 bp；(9)trnL-F非編碼區(qū)。適用于近緣亞科間、族間或?qū)匍g的系統(tǒng)發(fā)育研究；(10)rbcL-accD間區(qū)。可用于解決屬內(nèi)種間的系統(tǒng)關(guān)系。

表2　毛茛科分子系統(tǒng)主要研究動態(tài)進(jìn)展Table 2　Major studies of molecular phylogenetics on Ranunculaceae

3　毛茛科分子系統(tǒng)學(xué)研究在植物分類學(xué)上的意義

分子系統(tǒng)學(xué)研究對于植物分類學(xué)產(chǎn)生了巨大的影響，多年來以分子系統(tǒng)學(xué)研究為基礎(chǔ)，毛茛科內(nèi)部有許多屬被歸并，也新確立了一些類群的屬級地位。以中國分布的毛茛科植物為例，通過分子系統(tǒng)學(xué)研究，目前支持的屬共有32個(表3)，與英文版中國植物志 (FloraofChina) 比較新確立2個屬(露蕊烏頭屬，扁果草屬Paropyrum)，歸并掉10個屬。近20年來，分子系統(tǒng)的研究處理了許多毛茛科系統(tǒng)分類內(nèi)不合適的地方，如金蓮花屬和側(cè)金盞花屬在形態(tài)上幾乎沒有共同的特征，分子數(shù)據(jù)卻證明它們之間有很近的親緣關(guān)系。對于毛茛族、翠雀族、星果草屬、露蕊烏頭屬、獐耳細(xì)辛屬等這些爭議較多的類群，通過分子系統(tǒng)學(xué)可以依據(jù)較為公信的分子性狀比較和分析方法，做出較為學(xué)者們所接受的處理。但是我們也要清楚認(rèn)識到毛茛科在全世界廣泛分布且種類繁多，要收集其完全種類十分不易，對毛茛科的系統(tǒng)研究比較困難。雖然目前毛茛科絕大多數(shù)的類群都被學(xué)者們比較系統(tǒng)地通過分子手段進(jìn)行了研究，但是不同的分子序列進(jìn)化速率不同，這些不同的類群是否選擇了最為合適的分子序列較難得到保證，再加上取得某一類群全部的樣本并非易事，很多研究的結(jié)果仍然值得商榷探討，個別類群如驢蹄草屬、烏頭屬等的系統(tǒng)關(guān)系仍未解決清楚。展望毛茛科分子系統(tǒng)研究，基于傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)毛茛科的分類系統(tǒng)，針對整個毛茛科及毛茛目內(nèi)與之親緣關(guān)系較近的科，擴大類群的取樣并選擇合適的分子序列進(jìn)行深入的分子系統(tǒng)學(xué)研究，對于更好地探討毛茛科系統(tǒng)發(fā)育是很必要的。

4　毛茛科分子系統(tǒng)學(xué)研究展望

自Johansson等[58]首次采用分子手段來推斷毛茛科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系之后，新的分子序列片段不斷的運用到毛茛科分子系統(tǒng)研究中，如利用核基因序列的Ro等[5]和Compton等[43]，聯(lián)合利用葉綠體基因序列和核基因序列的Wang等[20-21]，但是毛茛科中許多類群的系統(tǒng)位置仍然存有爭議，系統(tǒng)樹基部分辨率并不高，支持率也不顯著。綜合近20年來的分子系統(tǒng)研究來看，利用單個或是聯(lián)合多個分子片段進(jìn)行序列分析，漸已不能滿足對毛茛科系統(tǒng)演化關(guān)系的推斷。而一些基于非序列的分析方法如全基因組特征分析較少受到平行演化和回復(fù)突變的影響，并且這種非序列分析方法受序列比對算法的內(nèi)在影響較小[59]，與分子數(shù)據(jù)結(jié)合起來分析可以更真實地反映出物種真實的演化歷史。核基因組與葉綠體全基因組具有大量的核苷酸序列信息，其特征也可作為系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系研究的有效資源。相比于核基因組，葉綠體基因組除了反向重復(fù)區(qū)域都為單拷貝基因，幾乎不會受到旁系同源的影響。對于目前的毛茛科分類研究而言，也許將是一個解決毛茛科系統(tǒng)發(fā)育問題的行之有效的途徑。

表3　目前基于分子系統(tǒng)學(xué)研究中國范圍內(nèi)毛茛科歸并和確認(rèn)的屬Table 3　The accepted and reduced Chinese genera of Ranunculaceae based on molecular phylogenetics

注：*分子系統(tǒng)學(xué)研究支持的屬(未見于中國植物志和Flora of China)

Note：* The accepted Chinese genera based on molecular phylogenetics (Not accepted in the flora of China)

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(編輯:潘新社)

Advances in Molecular Phylogenetics of Ranunculaceae

LIU Huijie, XIE Lei*

(College of Nature Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

The family Ranunculaceae has played an important role in the evolution of angiosperms. However, agreement is lacking on the systematic relationships of many genera within Ranunculaceae. In recent twenties years, molecular phylogenetic studies discovered that previous classifications system based on morphological characteristics were quite difference with the molecular phylogeny. The vast majority of the subfamily defined by morphological traits was not supported by molecular systematic. Besides, several genera determined by morphology, such as,Cimicifuga,Souliea,Hepatica,Pulsatilla,Batrachiumetc., were detected to be synonymies according to molecular analysis. At the mean time, molecular systematics studies also established genera in the family, such as,Gymnaconitumetc. Through molecular systematics study, a total of ten genera were reduced, and two genera were established in China. However, the relationships between many groups within Ranunculaceae are still in question. The phylogenetic framework of subfamily. Ranunculoideae and tribe Delphinieae still needs to further study. In the present paper, recent advances in molecular phylogenetics of Ranunculaceae are summarized and some problematical issues within the family are discussed.

Ranunculaceae; molecular phylogenetics; systematics; advances

1000-4025(2016)09-1916-09doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.09.1916

2016-06-30;修改稿收到日期:2016-09-10

國家自然科學(xué)基金(81573531，J1310002，31170201和31110103911)；科技部科技基礎(chǔ)性工作專項(2013FY112100)；北京林業(yè)大學(xué)青年教師科學(xué)研究中長期項目(2015ZCQ-BH-03)

劉慧杰(1992-)，男，在讀碩士研究生，從事毛莨科分子系統(tǒng)發(fā)育研究。E-mail:cfer.glove@qq.com.

謝 磊，博士，副教授，從事植物系統(tǒng)學(xué)和分類學(xué)研究工作。E-mail：xielei_si@126.com.

Q789; Q949.746.5

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