新分類系統(tǒng)下長蒴苣苔亞科(苦苣苔科)細胞學研究概述

楊麗華, 馮晨, 徐梅珍,2, 孫志霞,2, 康明*

新分類系統(tǒng)下長蒴苣苔亞科(苦苣苔科)細胞學研究概述

楊麗華1, 馮晨1, 徐梅珍1,2, 孫志霞1,2, 康明1*

(1. 中國科學院華南植物園, 中國科學院植物資源保護與可持續(xù)利用重點實驗室, 廣州 510650; 2. 中國科學院大學, 北京 100049)

在最新分類系統(tǒng)框架下對長蒴苣苔亞科(Didymocarpoideae)的染色體資料進行了詳細的整理和分析，結(jié)果表明，長蒴苣苔亞科的細胞學研究仍存在不足，尤其在種級水平上的研究不足25%，且存在一些屬的染色體數(shù)據(jù)空白的現(xiàn)象。在新的分類系統(tǒng)下，一些修訂后的屬染色體數(shù)目表現(xiàn)出一致性或更加具有合理性，但也存在一些屬的染色體數(shù)目變異仍十分復雜，如漢克苣苔屬()和長蒴苣苔屬()?；谝延械娜旧w數(shù)據(jù)，對長蒴苣苔亞科內(nèi)一些重要屬的染色體進化模式及其對物種分化的影響進行了探討，推測染色體數(shù)目的多倍化及非整倍化進化可能對各類群的物種分化具有重要作用，但需要今后利用基于DNA探針的熒光原位雜交技術(shù)并結(jié)合分子系統(tǒng)學和基因組學研究才能深入地解析染色體的進化模式及其對物種分化的影響。

苦苣苔科；長蒴苣苔亞科；染色體數(shù)目；染色體進化

苦苣苔科(Gesneriaceae)是唇形目(Lamiales)的一個中等大科，約有3 500種，主要分布在新、舊世界的熱帶和亞熱帶地區(qū)，只有少數(shù)物種可以到達溫帶地區(qū)[1]。在分子系統(tǒng)學尚未介入前，最近的基于形態(tài)學依據(jù)的苦苣苔科分類系統(tǒng)是Burtt等[2]的3亞科系統(tǒng)，即大巖桐亞科(subfam. Gesnerioideae)、木巖桐亞科(subfam. Coronantheroideae)和苦苣苔亞科(subfam. Cyrtandroideae)。隨著分子系統(tǒng)學數(shù)據(jù)的不斷充實，Burtt等的分類系統(tǒng)中很多不合理的現(xiàn)象表現(xiàn)出來，如很多類群(包括亞科、族及屬的范圍)為多系或并系，不能反映各類群間的自然演化關(guān)系[3–4]。尤其是苦苣苔亞科，近年來大量的屬發(fā)生了調(diào)整或被取消，M?ller等[5]和辛子兵等[6]對我國苦苣苔亞科屬級水平的撤銷、合并、轉(zhuǎn)置、擴增等修訂情況進行了詳細的介紹。在綜合分子系統(tǒng)學證據(jù)后，Weber等[7]又提出了一個新的苦苣苔科分類系統(tǒng)，還是將苦苣苔科分為3亞科：傘囊花亞科(subfam. Sanangoideae)、大巖桐亞科和長蒴苣苔亞科(subfam. Didymocarpoideae)，但是這3亞科的范圍及內(nèi)部系統(tǒng)關(guān)系顯然與Burtt等界定的3亞科具有不小的差異。Weber等的長蒴苣苔亞科在范圍上與Burtt等界定的苦苣苔亞科和傳統(tǒng)上按地理概念劃分的舊世界類群相近，Weber等只是將臺閩苣苔族(trib. Titanotricheae)轉(zhuǎn)入了大巖桐亞科，但是長蒴苣苔亞科下的系統(tǒng)劃分發(fā)生了很大的變化。因此，為了避免概念上的混淆，本文將Weber等的Didymocarpoideae翻譯為長蒴苣苔亞科，而沒有采納符龍飛等[8]仍翻譯為苦苣苔亞科的觀點。按照Weber等的分類系統(tǒng)，長蒴苣苔亞科下面分為2族14亞族(表1)，地理分布范圍為亞洲、非洲熱帶地區(qū)、歐洲地中海地區(qū)及澳大利亞東北部，僅1種間斷分布于中、南美洲，熱帶亞洲為該亞科的分布及多樣性中心[7,9]。

植物的染色體數(shù)目、大小和形態(tài)數(shù)據(jù)具有重要的分類學意義[10]。Helliard等[11]根據(jù)不同染色體基數(shù)將狹義的海角苣苔屬()分為2亞屬: subg.(=16)和subg.(=15)，且這2亞屬的劃分后來得到了更多的細胞學數(shù)據(jù)[12]和分子數(shù)據(jù)的支持[13]，即使在現(xiàn)今廣義的海角苣苔屬概念下[14][包括紋房苣苔()、雙鐘苣苔屬()、側(cè)裂苣苔屬()、非洲堇屬()、齒絲苣苔屬()、匍莖苣苔屬()、球蒴苣苔屬()和頂齒苣苔屬()的所有物種]，這個基于染色體數(shù)據(jù)劃分的2亞屬仍然成立，只有少數(shù)幾個=14的物種(原非洲堇屬)被劃入subg.；Weber等[15]綜合形態(tài)和細胞學資料對廣義的長蒴苣苔屬()進行了重新調(diào)整，將其分為3屬：狹義的長蒴苣苔屬、廣義的漢克苣苔屬()和側(cè)裂苣苔屬()，其中狹義的長蒴苣苔屬仍具有變化多樣的染色體數(shù)目(但不包括=9)，廣義的漢克苣苔屬染色體數(shù)目主要為= 9，而側(cè)裂苣苔屬的染色體數(shù)目主要為=14。早在1923年Oehlkes首次報道了苦苣苔科植物的染色體資料(，2=32)[16]，但是直到20世紀60年代，Ratter和他的同事們才對舊世界的苦苣苔科植物開展了大范圍的細胞學工作[17–21], 到20世紀末Kiehn等[22–23]大量報道了舊世界苦苣苔科植物的染色體資料。M?ller等[24]對苦苣苔科的細胞學研究概況進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)該科染色體資料仍偏少，且認為Burtt等分類系統(tǒng)下舊世界類群的染色體基數(shù)變化復雜；王印政[25]也對苦苣苔亞科的細胞學研究概況進行了總結(jié)。Christie等[26]比較了原唇柱苣苔屬()及該屬基于分子數(shù)據(jù)修訂后各屬的細胞學數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)原唇柱苣苔屬具有復雜的染色體數(shù)目變化，但是被分為5屬后，除了狹義的漢克苣苔屬外，其他幾屬的染色體數(shù)目變得較為一致。近年來，苦苣苔科的染色體資料仍有新增加, 同時，關(guān)于苦苣苔科的分類系統(tǒng)也得到重新調(diào)整,而現(xiàn)如今在新的苦苣苔科分類系統(tǒng)下其細胞學研究概況尚不清楚。

WebCyte數(shù)據(jù)庫(http://elmer.rbge.org.uk/webcyte/webcyteintro.php)具有目前最全面的苦苣苔科植物染色體數(shù)據(jù)，且具有統(tǒng)計分析功能，數(shù)據(jù)也不斷更新[24,27]。CCDB數(shù)據(jù)庫(Chromosome Counts Database, http://ccdb.tau.ac.il/browse/)是一個匯集了眾多小型數(shù)據(jù)庫的綜合性染色體數(shù)目查詢數(shù)據(jù)庫[28]。本文綜合這兩個數(shù)據(jù)庫中苦苣苔科植物的染色體資料，補充近年來相關(guān)文獻里新增加的染色體數(shù)據(jù)[29–34],在Weber等的新分類系統(tǒng)下對長蒴苣苔亞科的染色體資料進行全面的總結(jié)分析，以期揭示該亞科下各分類階元(亞科、族、亞族及屬)的染色體資料特征；探討在新的分類系統(tǒng)下各分類階元的染色體數(shù)目變異是否變得更加合理。另外，本文對一些重要屬的染色體進化模式及其對物種分化的影響進行簡要評述。

1 長蒴苣苔亞科染色體計數(shù)

1.1 亞族水平的染色體計數(shù)

整個長蒴苣苔亞科共有70屬約2 250種(含種下單位)植物, 其中53屬539種(含種下單位)報道了染色體數(shù)目，屬級水平為75.71%，種級水平為23.96%, 說明物種的染色體資料還嚴重不足。族級水平上，盾座苣苔族(trib. Epithemateae)的4亞族都有染色體數(shù)目報道，屬級水平為85.71%，種級水平為32.88%; 芒毛苣苔族(trib. Trichosporeae)有2亞族[四輪苣苔亞族(subtrib. Tetraphyllinae)和凹柱苣苔亞族(subtrib. Lito- stigmatinae)]未見染色體數(shù)目報道，屬級水平為74.60%,種級水平為23.83%。芒毛苣苔族的細胞學研究資料比盾座苣苔族要少，重要原因可能是前者屬和種數(shù)量要遠遠大于盾座苣苔族。亞族級水平上，鉤毛苣苔亞族(subtrib. Loxoniinae)、盾座苣苔亞族(subtrib. Epithe- matinae)、珊瑚苣苔亞族(subtrib.Corallodiscinae)、細蒴苣苔亞族(subtrib. Leptobaeinae)、肋蒴苣苔亞族(subtrib. Didissandrinae)和腫蒴苣苔亞族(subtrib. Loxo- carpinae)報道染色體數(shù)目的物種比例低于30% (表1)。

表1 長蒴苣苔亞科的染色體數(shù)目和研究概況

1.2 大、中型屬的染色體計數(shù)

長蒴苣苔亞科含30種以上的大、中型屬共有15屬，全部為芒毛苣苔族。從表2可見，對這些大、中型屬植物染色體數(shù)目的研究還存在不足，目前, 只有2屬有超過50%以上的物種，即報春苣苔屬()和海角苣苔屬()；有7屬報道了染色體數(shù)目的物種比例低于15%，即石山苣苔屬()、吊石苣苔屬()、馬鈴苣苔屬()、半蒴苣苔屬()、蛛毛苣苔屬()、漿果苣苔屬()和紅仙苣苔屬()，其中漿果苣苔屬的物種數(shù)量較多, 超過650種，也是苦苣苔科物種數(shù)目最多的屬[35]，因而報道的較少。

1.3 中國苦苣苔科植物的染色體計數(shù)

中國是苦苣苔科舊世界類群的重要分布區(qū)之一，但是我國對苦苣苔科的細胞學研究起步較晚, 未引起足夠重視。Wang等[36]從1998年開始對我國的苦苣苔科植物進行細胞學研究，并率先開展了核型分析。之后，雖然對屬級范圍進行了廣泛的取樣分析，但對物種水平的研究還是嚴重不足。1998-2011年有20屬報道了染色體數(shù)目，但只有約50種植物[29,31,36–43]。近年來，中國科學院華南植物園對報春苣苔屬的細胞學進行了大量的研究，共報道了約100種的染色體數(shù)目[32,44–45]，同時也對報春苣苔()進行了核型分析[46]。目前, 整個長蒴苣苔亞科尚有17屬沒有染色體數(shù)目資料, 其中8屬為我國的特有屬，即圓果苣苔屬()、凹柱苣苔屬()、異唇苣苔屬()、異片苣苔屬()、扁蒴苣苔屬()、雙片苣苔屬()、圓唇苣苔屬()和盾葉苣苔屬()。還有一些主要分布在我國的大、中型屬的細胞學研究資料嚴重不足，如吊石苣苔屬、石山苣苔屬、半蒴苣苔屬和馬鈴苣苔屬。

表2 大、中型屬(>30種)的染色體數(shù)目、多倍體特性

2 長蒴苣苔亞科染色體數(shù)目分析

從現(xiàn)有資料看，Weber等分類系統(tǒng)下長蒴苣苔亞科的染色體數(shù)目變異十分復雜，但在屬級水平上較Burtt等分類系統(tǒng)更具有合理性(表3)。

2.1 盾座苣苔族

Weber等分類系統(tǒng)的盾座苣苔族在范圍上與Burtt等和王文采[47]分類系統(tǒng)的尖舌苣苔族(trib. Klugieae)相同。盾座苣苔族屬間在形態(tài)上差異較大，但其作為1個單系得到了分子系統(tǒng)學數(shù)據(jù)的支持，且屬間的系統(tǒng)關(guān)系也得到了較好的解決[48]。依據(jù)形態(tài)和分子系統(tǒng)學證據(jù)，盾座苣苔族進一步可分為4個亞族：尖舌苣苔亞族(subtrib. Loxotidinae)[包括尖舌苣苔屬()]、獨葉苣苔亞族(subtrib. Monophyllaeinae)[包括異葉苣苔屬()和獨葉苣苔屬()]、鉤毛苣苔亞族(subtrib. Loxoniinae)[包括圓果苣苔屬()、十字苣苔屬(和鉤毛苣苔屬()]及盾座苣苔亞族(subtrib. Epithematinae)[包括盾座苣苔屬()][7]。

表3 長蒴苣苔亞科的染色體數(shù)目和研究概況

續(xù)表(Continued)

尖舌苣苔屬(=10, 11, 18, 21, 27)、獨葉苣苔屬(= 10, 11, 12, 20)及盾座苣苔屬(=8, 9, 12)的染色體數(shù)目變異多樣，而異葉苣苔屬所有物種的染色體數(shù)目較為一致(=9)。鉤毛苣苔屬(=11)和十字苣苔屬(=9, 10)各只有1種報道了染色體數(shù)目; 圓果苣苔屬尚無染色體數(shù)目報道，可以推測盾座苣苔族的染色體基數(shù)可能為=9, 10, 11, 12。從染色體數(shù)目分布頻率來看，=9或10在盾座苣苔族最為頻繁。Wang等[36]認為，異葉苣苔屬染色體保留了盾座苣苔族中較為原始的性狀，因此，=9應(yīng)該是該族中最原始的基數(shù)。

2.2 芒毛苣苔族

Weber等分類系統(tǒng)下的芒毛苣苔族合并了Burtt等分類系統(tǒng)下的漿果苣苔族(trib. Cyrtandreae)、芒毛苣苔族和長蒴苣苔族(trib. Didymocarpeae)的所有物種，但不包括臺閩苣苔族。同時，屬的范圍也發(fā)生了大量的調(diào)整，M?ller等[5]和辛子兵等[6]對我國苦苣苔亞科屬級水平上的撤銷、合并、轉(zhuǎn)置、擴增等修訂情況進行了詳細的介紹。另外，基于廣泛的分子取樣，分布在非洲-馬達加斯加的8屬植物[紋房苣苔屬()、雙鐘苣苔屬()、側(cè)裂苣苔屬()、非洲堇屬()、齒絲苣苔屬()、匍莖苣苔屬()、球蒴苣苔屬()和頂齒苣苔屬()]全部并入了海角苣苔屬，致使原本包括9屬的海角苣苔亞族(Subtrib. Streptocarpinae)現(xiàn)只含1屬[14]。同樣基于分子系統(tǒng)學證據(jù)，扁冠苣苔屬()、套唇苣苔屬()、蛛毛苣苔屬()和海角苣苔屬的范圍也進行了重新調(diào)整[49]。

擴大的芒毛苣苔族植物染色體數(shù)目變異更加多樣(表1)，包括苦苣苔科中染色體數(shù)目最少的物種[斑葉漢克苣苔(), 2=8][26]，也包括染色體數(shù)目最多的物種(2=144)[30]。雖然整個族的染色體數(shù)目變異多樣，但是在一些重新調(diào)整過的亞族或?qū)俚乃缴?，染色體數(shù)目表現(xiàn)出了一致性。珊瑚苣苔亞族和細蒴苣苔亞族植物的染色體數(shù)目都為=10 [除堇葉苣苔()和珊瑚苣苔()一些類群發(fā)生了多倍化現(xiàn)象導致=20]，報春苣苔屬的染色體數(shù)目為=18，馬鈴苣苔屬的染色體數(shù)目為=17, 厚蒴苣苔屬的染色體數(shù)目為=17。另外，石山苣苔屬所有物種的染色體數(shù)目嚴格一致，為=18 (溫放未發(fā)表數(shù)據(jù)，私人通信)。作為苦苣苔科中最大的屬漿果苣苔屬(含超過650種)目前已報道的染色體數(shù)絕大多數(shù)為=17，僅有3例為=16[50]。蛛毛苣苔屬大多數(shù)物種的染色體數(shù)目為=18，分別只有1例報道=16和=17。石蝴蝶屬的染色體數(shù)目也較為一致，為=17，只有1例報道為=16[39]。海角苣苔屬和芒毛苣苔屬的大多數(shù)物種染色體數(shù)目為=14, 15, 16，但也存在多倍化現(xiàn)象導致=32或64[12,51]。目前，只有漢克苣苔屬和長蒴苣苔屬在修訂后染色體數(shù)目變異仍十分復雜，這2屬物種的細胞學研究比例都低于25%，漢克苣苔屬的染色體數(shù)目為=4, 9, 10, 11, 14, 16, 17, 27, 45; 長蒴苣苔屬為=10, 11, 12, 13, 14, 16, 18, 22, 28。

3 長蒴苣苔亞科的核型研究

染色體核型分析不僅可為分類學提供更多的信息，而且對了解異源多倍體及認識物種的演化過程都是有幫助的。因為苦苣苔科的染色體普遍較小，通常只有1~2m長[24]。因此，關(guān)于苦苣苔科植物的核型研究較少，目前僅有少量我國的物種有詳細的核型分析[36–37,40,46,52]。Wang等[36]對尖舌苣苔屬進行了全面的核型分析，確認該屬的染色體基數(shù)=9，其染色體特征在尖舌苣苔族中顯示出較原始的性狀。孫永健等[52]和楊興玉等[46]分別對非洲紫羅蘭()和報春苣苔的核型進行了分析。Zhou等[40]通過總結(jié)及比較分析發(fā)現(xiàn)在Burtt等的分類系統(tǒng)下，苦苣苔亞科內(nèi)各個族內(nèi)的核型并不一致，尤其是長蒴苣苔族內(nèi)核型變異復雜。目前相關(guān)研究仍太少，限制了在新分類框架下分析討論核型數(shù)據(jù)的規(guī)律性。在改進制片及染色方法的基礎(chǔ)上，對苦苣苔科植物染色體進行更加細致的形態(tài)學研究將是今后苦苣苔科植物細胞分類學研究的一個重要方面。

4 長蒴苣苔亞科染色體進化模式及其意義

染色體數(shù)目發(fā)生多倍化(polyploidy)或非整倍化(dysploidy)變化對植物進化和物種形成具有重要意義[53]。多倍化是植物染色體最常見的進化模式, 被子植物有約35%的物種存在多倍化現(xiàn)象[54]。植物發(fā)生多倍化后往往伴隨著與祖先種間的生殖隔離, 這樣導致快速的物種形成[55]。另外，多倍體通常具有遺傳上的優(yōu)勢使其可以占據(jù)新的生態(tài)位或比祖先種更加具有競爭力[56]?？嘬奶浦参镆财毡榇嬖诙啾扼w，尤其是長蒴苣苔亞科[24]。我們從現(xiàn)有的染色體數(shù)目可以推測長蒴苣苔亞科2族內(nèi)都有多倍體的出現(xiàn)，但是多倍體在芒毛苣苔族中更為常見。在海角苣苔屬中存在四倍體、六倍體和八倍體(表2)，但多倍體只分布在馬達加斯加及其附近島嶼，在非洲大陸沒有多倍體的報道[12]。海角苣苔屬在沒有分開為‘非洲支系’和‘馬達加斯加支系’之前，多倍體在其屬內(nèi)不同的進化譜系中都存在，這意味著多倍化在屬內(nèi)是平行進化的[24]。芒毛苣苔屬()各組都存在多倍體，但是主要出現(xiàn)在芒毛苣苔組(sect.)，推測多倍化可能對該組的物種分化具有重要作用[51]。歐洲苣苔屬()有3種:、和, 主要分布在巴爾干及利比里亞半島。Siljak-Yakovlev等[30]的研究表明，和為二倍體(2=2=48)，而為六倍體(2=2=144)，物種多倍化的同時伴隨著基因組大小的加倍，如六倍體的基因組大小約為二倍體的3倍, 因此多倍化可能對該屬的物種分化產(chǎn)生重要作用。多倍化同樣可以發(fā)生在種內(nèi)不同群體間，珊瑚苣苔()在橫斷山脈地區(qū)的一些群體從二倍體加倍為四倍體，珊瑚苣苔的多倍化阻斷了和二倍體間的基因流，對維持種內(nèi)遺傳多樣性具有重要意義[34]。

植物染色體非整倍化進化往往由染色體裂變(fission)或融合(fusion)導致染色體數(shù)目非整倍性的增加或減少，這種染色體數(shù)目的非整倍性變化(dysploidy)不涉及遺傳信息的增加或丟失[53]。染色體非整倍化變化在植物中也十分普遍，但染色體非整倍化進化對植物演化的作用相比多倍化的影響被引起的注意仍不足[57]。其實關(guān)于多倍化帶來的影響還存在不少爭論，除了上述有利作用外，多倍化也可能增加多倍體在減數(shù)分裂及有絲分裂過程中同源染色體配對和分離的復雜性、改變細胞的物理結(jié)構(gòu)(如多倍體往往需要更大的細胞)、甚至可能導致一些不利的基因結(jié)構(gòu)變化[56]。因此，多倍化有時也可能成為進化上的一條死胡同[58]。Escudero等[57]認為植物染色體非整倍性變化不涉及DNA含量的變化，這可能導致染色體非整倍化進化的譜系相比整倍化進化的譜系在進化歷史上可以持續(xù)更久。全基因組復制(即多倍化)被廣泛認為與被子植物的大爆發(fā)相關(guān)[59]，但Mandáková等[60]認為真正對物種分化起作用的可能是植物基因組在發(fā)生復制后伴隨著去多倍化的過程，這種去多倍化的過程往往是染色體非整倍性的變化。從現(xiàn)有的染色體數(shù)目數(shù)據(jù)來看，除了一些屬的染色體數(shù)目較為一致外，大多數(shù)屬的染色體數(shù)目呈非整倍性的變化，或者同時包括整倍性及非整倍性變化，尤其是漢克苣苔屬和長蒴苣苔屬, 雖然目前這2屬都僅有不超過25%的物種有報道染色體數(shù)目，但這2屬的染色體數(shù)目是苦苣苔科中最為復雜的?；谝延械姆肿酉到y(tǒng)學證據(jù)，Christie等[26]認為漢克苣苔屬的染色體數(shù)2=18為原始狀態(tài)，在經(jīng)歷了多次染色體裂變或多倍化后再伴隨著融合，從而導致出現(xiàn)2=20, 28, 32, 34的染色體數(shù)目，且需要多次直接的融合才能導致2= 8。要想更加詳細地探討一個類群的染色體非整倍進化模式，首先需要通過詳細的核型分析確定該類群的染色體基數(shù)，然后在穩(wěn)健的系統(tǒng)發(fā)育框架下才能清楚地解析該類群的染色體數(shù)目的進化模式，但目前相關(guān)研究尚未在苦苣苔科植物中開展。

染色體進化除了數(shù)目上整倍性和非整倍變化外，也包括一些結(jié)構(gòu)性的重排，如易位、倒位、插入及缺失等[53]。染色體結(jié)構(gòu)性的重排對物種形成同樣具有重要作用[61]。但目前苦苣苔科植物的細胞學研究幾乎都僅僅停留在染色體數(shù)目的計數(shù)上，除了少數(shù)研究進行了染色體形態(tài)觀察外，尚無任何關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)性的研究，這需要今后利用一些合適的染色方法及熒光標記探針才能清楚地解析染色體結(jié)構(gòu)性重排事件，尤其是對一些近緣種開展染色體結(jié)構(gòu)性重排方面的觀察，可以進一步深入的理解染色體重排對物種形成的影響。另外，隨著基因組學的發(fā)展，全基因組測序也將成為研究染色體結(jié)構(gòu)變化的重要手段[62]。

5 展望

細胞學數(shù)據(jù)不僅對植物分類有重要參考價值,也對理解植物的起源及進化歷史也有重要作用。雖然長蒴苣苔亞科的染色體資料在屬級水平上的研究比例超過75%，但是在種級水平上不足25%，尤其是還存在一些重要類群尚無任何染色體數(shù)據(jù)，如僅分布在我國的一些特有屬，即圓果苣苔屬、凹柱苣苔屬、異唇苣苔屬、異片苣苔屬、扁蒴苣苔屬、雙片苣苔屬、圓唇苣苔屬和盾葉苣苔屬。同時，因為苦苣苔科植物的染色體通常較小(1~2m長)，導致以前的染色體資料很多存在不準確或不明確，如很多報道的染色體數(shù)目為一個范圍值。另外，核型研究是確定一個類群的染色體基數(shù)的最重要依據(jù), 也對區(qū)分一些具有相同染色體數(shù)目的近緣種具有參考價值，但是目前在苦苣苔科幾乎沒有開展這一方面的研究。同時，目前的細胞學研究和分子系統(tǒng)學研究幾乎是脫節(jié)的，只有整合細胞學及分子系統(tǒng)學數(shù)據(jù)才能深入的探討該類群染色體的進化模式。

為進一步提高長蒴苣苔亞科的細胞學研究水平，今后研究重點可以放在以下幾方面：1. 在改進壓片及染色技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步補充完善該亞科的染色體資料，同時對以前存在錯誤或不確定的染色體數(shù)據(jù)進行改正和核實；2. 采用一些基于DNA探針的熒光原位雜交技術(shù)(fluorescenthybrid- dization, FISH)，如基于BAC克隆探針熒光原位雜交(BAC-FISH)[63]及基于寡核苷酸探針熒光原位雜交(Oligo-FISH)[64]，或基因組分析手段[62]，深入分析染色體的形態(tài)及結(jié)構(gòu)變化；3. 結(jié)合分子系統(tǒng)學手段，將染色體數(shù)據(jù)標記到系統(tǒng)發(fā)育樹上，探討染色體的進化模式，如最近開發(fā)出來的ChromEvol軟件[65]及ChromoSSE軟件[66]可以實現(xiàn)將細胞學數(shù)據(jù)和分子系統(tǒng)學數(shù)據(jù)相結(jié)合分析。

[1] WEBER A. Gesneriaceae [M]// KADEREIT J W. Flowering Plants: Dicotyledons. Berlin, Heidelberg: Springer, 2004: 63–158. doi: 10. 1007/978-3-642-18617-2_8.

[2] BURTT B L, WIEHLER H. Classification of the family Gesneriaceae [J]. Gesneriana, 1995, 1: 1–4.

[3] WANG X Q, LI Z Y. The application of sequence analysis of rDNA fragment to the systematic study of the subfamily Cyrtandroideae (Gesneriaceae) [J]. Acta Phytotaxon Sin, 1998, 36(2): 97–105. 汪小全, 李振宇. rDNA片段的序列分析在苦苣苔亞科系統(tǒng)學研究中的應(yīng)用[J]. 植物分類學報, 1998, 36(2): 97–105.

[4] M?LLER M, CLARK J L. The state of molecular studies in the family Gesneriaceae: A review [J]. Selbyana, 2013, 31(2): 95–125.

[5] M?LLER M, WEI Y G, WEN F, et al. You win some you lose some: Updated generic delineations and classification of Gesneriaceae: Implications for the family in China [J]. Guihaia, 2016, 36(1): 44–60. doi: 10.11931/guihaia.gxzw201512015.

[6] XIN Z B, FU L F, LI S, et al. The historical changes in the classi- fication of Chinese Gesneriaceae: On the analysis of new taxonomic group qualifiedly published in China and new records of national distribution of this family [J]. Guangxi Sci, 2019, 26(1): 102–117. doi: 10.13656/j.cnki.gxkx.20190307.008. 辛子兵, 符龍飛, 黎舒, 等. 中國苦苣苔科植物的分類系統(tǒng)歷史變化——兼論該科植物在我國合格發(fā)表的新分類群與國家級分布新記錄情況分析 [J]. 廣西科學, 2019, 26(1): 102–117. doi: 10.13656/j. cnki.gxkx.20190307.008.

[7] WEBER A, CLARK J L, M?LLER M. A new formal classification of Gesneriaceae [J]. Selbyana, 2013, 31(2): 68–94.

[8] FU L F, LI S, XIN Z B, et al. The changes of the Chinese names and scientific names of Gesneriaceae in China between Wang’s and Weber’sclassifications for Gesneriaceae [J]. Guangxi Sci, 2019, 26(1): 118–131. doi: 10.13656/j.cnki.gxkx.20190307.003. 符龍飛, 黎舒, 辛子兵, 等. 中國苦苣苔科植物中王文采舊分類系統(tǒng)與Weber新分類系統(tǒng)的名實更替 [J]. 廣西科學, 2019, 26(1): 118– 131. doi: 10.13656/j.cnki.gxkx.20190307.003.

[9] LI Z Y. The geographical distribution of the subfamily Cyrtandroideae Endl. Emend. Burtt (Gesneriaceae) [J]. Acta Phytotaxon Sin, 1996, 34 (4): 341–360. 李振宇. 苦苣苔亞科的地理分布 [J]. 植物分類學報, 1996, 34(4): 341–360.

[10] STACE C A. Cytology and cytogenetics as a fundamental taxonomic resource for the 20thand 21stcenturies [J]. Taxon, 2000, 49(3): 451– 477. doi: 10.2307/1224344.

[11] HILLIARD O M, BURTT B L.: An African Plant Study [M]. Pietermaritzburg: University of Natal Press, 1971: 1–171.

[12] JONG K, M?LLER M. New chromosome counts in(Gesneriaceae) from Madagascar and the Comoro Islands and their taxonomic significance [J]. Plant Syst Evol, 2000, 224(3/4): 173–182. doi: 10.1007/BF00986341.

[13] SMITH J F, KRESGE M E, M?LLER M, et al. A cladistic analysis ofsequences from representative species ofandsubgeneraand(Gesneriaceae) [J]. Edinb J Bot, 1998, 55(1): 1–11. doi: 10.1017/S0960428600004315.

[14] NISHII K, HUGHES M, BRIGGS M, et al.redefined to include all Afro-Malagasy Gesneriaceae: Molecular phylogenies prove congruent with geographical distribution and basic chromosome numbers and uncover remarkable morphological homoplasies [J]. Taxon, 2015, 64(6): 1243–1274. doi: 10.12705/646.8.

[15] WEBER A, BURTT B L. Remodelling ofand associated genera (Gesneriaceae) [J]. Beitr Biol Pflanzen, 1998, 70(2/3): 293–363.

[16] OEHLKERS F. Entwicklungsgeschichte von[J]. Beih Bot Centralbl, 1923, 39: 128–151.

[17] RATTER J A. Some chromosome numbers in the Gesneriaceae [J]. Notes Roy Bot Gard Edinb, 1963, 24: 221–229.

[18] RATTER J A. A survey of chromosome numbers in the Gesneriaceae of the old World [J]. Notes Roy Bot Gard Edinb, 1975, 33: 527–543.

[19] RATTER J A, PRENTICE H T. Chromosome numbers in the Gesne- riaceae: II [J]. Notes Roy Bot Gard Edinb, 1964, 25(3): 303–307.

[20] RATTER J A, PRENTICE H T. Chromosome numbers in the Gesne- riaceae: III [J]. Notes Roy Bot Gard Edinb, 1967, 27(2): 205–209.

[21] RATTER J A, MILNE C. Chromosome numbers in the Gesneriaceae: IV [J]. Notes Roy Bot Gard Edinb, 1970, 30: 183–187.

[22] KIEHN M, HELLMAYR E, WEBER A. Chromosome numbers of Malayan and other paleotropical Gesneriaceae: I. Tribe didymocarpeae [J]. Beitr Biol Pflanzen, 1998, 70(2/3): 407–444.

[23] KIEHN M, WEBER A. Chromosome numbers of Malayan and other paleotropical Gesneriaceae: II. Tribes Trichosporeae, Cyrtandreae and Epithemateae [J]. Beitr Biol Pflanzen, 1998, 70(2/3): 445–470.

[24] M?LLER M, KIEHN M. A synopsis of cytological studies in Gesne- riaceae [J]. Edinb J Bot, 2003, 60(3): 425–447. doi: 10.1017/S096042 8603000337.

[25] WANG Y Z. Studies in cytology [M]// LI Z Y, WANG Y Z. Gesne- riaceae Plants in China. Zhengzhou: Henan Science and Technology Press, 2005: 576–600.王印政. 細胞學研究 [M]// 李振宇, 王印政. 中國苦苣苔科植物. 鄭州: 河南科學技術(shù)出版社, 2005: 576–600.

[26] CHRISTIE F, BARBER S, M?LLER M. New chromosome counts in Old World Gesneriaceae: Numbers for species hitherto regarded as, and their systematic and evolutionary significance [J]. Edinb J Bot, 2012, 69(2): 323–345. doi: 10.1017/S0960428612000169.

[27] M?LLER M, PULLAN M. RBGE ‘WebCyte2’: An updated Gesne- riaceae cytology database [DB/OL]. (2016-01-21). http://elmer.rbge. org.uk/webcyte/webcyte.php.

[28] RICE A, GLICK L, ABADI S, et al. The chromosome counts database (CCDB): A community resource of plant chromosome numbers [J]. New Phytol, 2015, 206(1): 19–26. doi: 10.1111/nph.13191.

[29] WANG J C, WANG C C. The genusBlume (Gesne- riaceae) in Taiwan [J]. Taiwania, 2000, 45(4): 355–365.

[30] SILJAK-YAKOVLEV S, STEVANOVIC V, TOMASEVIC M, et al. Genome size variation and polyploidy in the resurrection plant genus: Cytogeography of living fossils [J]. Environ Exp Bot, 2008, 62(2): 101–112. doi: 10.1016/j.envexpbot.2007.07.017.

[31] PUGLISI C, WEI Y G, NISHII K, et al.×(Gesne- riaceae): A natural hybrid from the Shengtangshan Mountains, Guangxi, China [J]. Phytotaxa, 2011, 38: 1–18. doi: 10.11646/phytotaxa.38.1.1.

[32] LIU R R, SKOG L E, LIAO J P, et al. New chromosome counts and their taxonomic implications in(Gesneriaceae) [J].Plant Diver Resour, 2014, 36(1): 13–21. doi: 10.7677/ynzwyj201413044.劉瑞瑞, SKOG L E, 廖景平, 等. 廣義報春苣苔屬(苦苣苔科)的染色體新計數(shù)及其分類學意義 [J]. 植物分類與資源學報, 2014, 36(1): 13–21. doi: 10.7677/ynzwyj201413044.

[33] KOKUBUGATA G, YOKOTA M. The chromosome numbers of four Gesneriaceae species native to Japan [J]. Bull Natl Mus Nat Sci Ser B, 2017, 43(2): 57–61.

[34] ZHOU P, LI J, M?LLER M. Secondary contact, hybridization and poly- ploidization add to the biodiversity in the Hengduan Mountains, exem- pli?ed by the widespread(Gesneriaceae) [J]. Plant Syst Evol, 2017, 303(5): 587–602. doi: 10.1007/s00606-017-1392-0.

[35] ATKINS H J, BRAMLEY G L C, Clark J R. Current knowledge and future directions in the taxonomy of(Gesneriaceae), with a new estimate of species number [J]. Selbyana, 2013, 31(2): 157–165.

[36] WANG Y Z, GU Z J, HONG D Y. Karyotypes of(Gesne- riaceae) [J]. Acta Phytotaxon Sin, 1998, 36(1): 28–35.

[37] WANG Y Z, GU Z J. Karyomorphology of four species in,and(Gesneriaceae) [J]. Acta Phyto- taxon Sin, 1999, 37(2): 137–142. 王印政, 顧志建. 直瓣苣苔屬、筒花苣苔屬和吊石苣苔屬4個種的核形態(tài)學研究[J]. 植物分類學報, 1999, 37(2): 137–142.

[38] LU Y X, SUN X F, ZHOU Q X, et al. Chromosome numbers in ten species in the Gesneriaceae from Yunnan [J]. Acta Bot Yunnan, 2002, 24(3): 377–382. doi: 10.3969/j.issn.2095-0845.2002.03.011.魯元學, 孫先鳳, 周其興, 等. 云南十種苦苣苔科植物的染色體數(shù)目報道[J]. 云南植物研究, 2002, 24(3): 377–382. doi: 10.3969/j.issn. 2095-0845.2002.03.011.

[39] CAO L M, CAO M, TANG X L, et al. Chromosome numbers of 4 species in the Gesneriaceae from Guangxi [J]. Guihaia, 2003, 23(4): 331–333. doi: 10.3969/j.issn.1000-3142.2003.04.012.曹麗敏, 曹明, 唐咸來, 等. 廣西苦苣苔科四種植物的染色體數(shù)目報道[J]. 廣西植物, 2003, 23(4): 331–333. doi: 10.3969/j.issn.1000- 3142.2003.04.012.

[40] ZHOU P, GU Z J, M?LLER M. New chromosome counts and nuclear characteristics for some members of Gesneriaceae subfamily Cyrtan- droideae from China and Vietnam [J]. Edinb J Bot, 2004, 60(3): 449– 466. doi: 10.1017/S0960428603000349.

[41] JI H, GUAN K Y, LU Y X. Chromosome numbers of eight species in the genus(Gesneriaceae) [J]. Acta Bot Yunnan, 2008, 30 (3): 321–324. doi: 10.3969/j.issn.2095-0845.2008.03.004. 季慧, 管開云, 魯元學. 石蝴蝶屬八種植物的染色體數(shù)目報道[J]. 云南植物研究, 2008, 30(3): 321–324. doi: 10.3969/j.issn.2095-0845. 2008.03.004.

[42] ZHAO D K, LU Y X, SHI J F, et al. Seed germination and chromo- some numbers ofand[J]. J Yunnan Agric Univ, 2010, 25(2): 173–177. doi: 10.16211/j.issn.1004- 390x(n).2010.02.019.趙大克, 魯元學, 石景峰, 等. 吊石苣苔和盾葉粗筒苣苔的種子萌發(fā)及染色體數(shù)目觀察[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學學報, 2010, 25(2): 173–177. doi: 10.16211/j.issn.1004-390x(n).2010.02.019.

[43] TAN Y, WANG Z, SUI X Y, et al. The systematic placement of the monotypic genus(Gesneriaceae) based on molecular and cytological data [J]. Plant Diver Res, 2011, 33(5): 465–476. doi: 10. 3724/SP.J.1143.2011.11075.譚英, 王智, 隋學藝, 等. 單種屬彌勒苣苔屬系統(tǒng)位置研究: 基于分子和細胞學數(shù)據(jù)[J]. 植物分類與資源學報, 2011, 33(5): 465–476. doi: 10.3724/SP.J.1143.2011.11075.

[44] LIU R R, PAN B, ZHOU T J, et al. Cytological studies ontaxa (Gesneriaceae) from limestone karsts in Guangxi province, China [J]. Caryologia, 2012, 65(4): 295–303. doi: 10.1080/00087114.2012.752920.

[45] KANG M, TAO J J, WANG J, et al. Adaptive and nonadaptive genome size evolution in karst endemic ?ora of China [J]. New Phytol, 2014, 202(4): 1371–1381. doi: 10.1111/nph.12726.

[46] YANG X Y, LIANG K M, ZHANG X H, et al. Karyotype analysis of an endemic species(Gesneriaceae) [J]. Plant Diver Res, 2012, 34(1): 25–27. doi: 10.3724/SP.J.1143.2012.11126.楊興玉, 梁開明, 張新華, 等. 國家一級瀕危植物報春苣苔核型分析 [J]. 植物分類與資源學報, 2012, 34(1): 25–27. doi: 10.3724/SP.J. 1143.2012.11126.

[47] WANG W T. Gesneriaceae [M]// Flora Rerpublicae Popularis Sinicae, Tomus 69. Beijing: Science Press, 1990: 125–581. 王文采. 苦苣苔科, 尖舌苣苔族[M]// 中國植物志, 第69卷. 北京: 科學出版社, 1990: 125–581.

[48] MAYER V, M?LLER M, PERRET M, et al. Phylogenetic position and generic differentiation of Epithemateae (Gesneriaceae) inferred from plastid DNA sequence data [J]. Amer J Bot, 2003, 90(2): 321–329. doi: 10.3732/ajb.90.2.321.

[49] PUGLISI C, YAO T L, MILNE R, et al. Generic recircumscription in the Loxocarpinae (Gesneriaceae), as inferred by phylogenetic and morpho- logical data [J]. Taxon, 2016, 65(2): 277–292. doi: 10.12705/652.5.

[50] B?RGMANN E. Anteil der polyploiden in der flora des Bismarck- gebirges von ostneuguinea [J]. Z Bot, 1964, 52: 118–172.

[51] RASHID M H, JONG K, MENDUM M. Cytotaxonomic observations in the genus(Gesneriaceae) [J]. Edinb J Bot, 2001, 58 (1): 31–43. doi: 10.1017/S0960428601000452.

[52] SUN Y J, CHEN X Q, SUN N, et al. Karyotype analysis of[J]. J Tianjin Agric Univ, 2010, 17(4): 5–8. 孫永健, 陳小強, 孫寧, 等. 非洲紫羅蘭的核型分析[J]. 天津農(nóng)學院學報, 2010, 17(4): 5–8.

[53] de STORME N, MASON A. Plant speciation through chromosome instability and ploidy change: Cellular mechanisms, molecular factors and evolutionary relevance [J]. Curr Plant Biol, 2014, 1: 10–33. doi: 10. 1016/j.cpb.2014.09.002.

[54] WOOD T E, TAKEBAYASHI N, BARKER M S, et al. The frequency of polyploid speciation in vascular plants [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2009, 106(33): 13875–13879. doi: 10.1073/pnas.0811575106.

[55] RIESEBERG L H, WILLIS J H. Plant speciation [J]. Science, 2007, 317(5840): 910–914. doi: 10.1126/science.1137729.

[56] MADLUNG A. Polyploidy and its effect on evolutionary success: Old questions revisited with new tools [J]. Heredity, 2013, 110(2): 99–104.

[57] ESCUDERO M, MARTíN-BRAVO S, MAYROSE I, et al. Karyotypic changes through dysploidy persist longer over evolutionary time than polyploid changes [J]. PLoS One, 2014, 9(1): e85266. doi: 10.1371/ journal.pone.0085266.

[58] STEBBINS G L. Chromosomal Evolution in Higher Plants [M]. London: Arnold, 1971: 1–216.

[59] SOLTIS P S, SOLTIS D E. Ancient WGD events as drivers of key innovations in angiosperms [J]. Curr Opin Plant Biol, 2016, 30: 159– 165. doi: 10.1016/j.pbi.2016.03.015.

[60] MANDáKOVá T, LYSAK M A. Post-polyploid diploidization and diversi?cation through dysploid changes [J]. Curr Opin Plant Biol, 2018, 42: 55–65. doi: 10.1016/j.pbi.2018.03.001.

[61] FARIA R, NAVARRO A. Chromosomal speciation revisited: Rearranging theory with pieces of evidence [J]. Trends Ecol Evol, 2010, 25(11): 660–669. doi: 10.1016/j.tree.2010.07.008.

[62] DOLE?EL J, VRáNA J, CáPAL P, et al. Advances in plant chromo- some genomics [J]. Biotechnol Adv, 2014, 32(1): 122–136. doi: 10. 1016/j.biotechadv.2013.12.011.

[63] SZINAY D, WIJNKER E, van den BERG R, et al. Chromosome evolution intraced by cross-species BAC-FISH [J]. New Phytol, 2012, 195(3): 688–698. doi: 10.1111/j.1469-8137.2012.04195.x.

[64] BRAZ G T, HE L, ZHAO H N, et al. Comparative oligo-FISH mapping: An ef?cient and powerful methodology to reveal karyotypic and chromosomal evolution [J]. Genetics, 2018, 208(2): 513–523. doi: 10.1534/genetics.117.300344.

[65] GLICK L, MAYROSE I. ChromEvol: Assessing the pattern of chromosomenumber evolution and the inference of polyploidy along a phylogeny [J]. Mol Biol Evol, 2014, 31(7): 1914–1922. doi: 10.1093/molbev/msu122.

[66] FREYMAN W A, H?HNA S. Cladogenetic and anagenetic models of chromosome number evolution: A Bayesian model averaging approach [J]. Syst Biol, 2018, 67(2): 195–215. doi: 10.1093/sysbio/syx065.

Synopsis of Cytological Studies on Didymocarpoideae (Gesneriaceae) under New Classification System

YANG Li-hua1, FENG Chen1, XU Mei-zhen1,2, SUN Zhi-xia1,2, KANG Ming1*

(1. Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Sustainable Utilization, South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510650, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049, China)

Based on molecular phylogenetic evidences, the classification of Gesneriaceae was dramatically changed in recent years. Especially, many genera in the Old Word have been systematically rearranged. However, cytological data of Gesneriaceae have not been re-examined. The cytological data of the Old Word Gesneriads, obtained from WebCyte database, Chromosome Counts Database and related literature, were summarized under the new taxonomic framework of Gesneriaceae. The results showed that the cytological data in Didymocarpoideae was still insufficient. Chromosome number of less than 25% species in this subfamily were reported, and that for many genera have never been reported. Some newly revised genera show uniform somatic chromosome number. However, some genera, such asand, have great variation in chromosome number. Based on these available cytological data, several comments and suggestions on the evolution of chromosome and its influence to species diversification in this family were proposed. It was speculated that both polyploidy and dysploidy of chromosome possibly play important roles to the diversification of some genera. Future works based on new chromosome painting techniques, convinced phylogenetic evidences, and genomics are warranted in studying chromosome evolution of this group.

Gesneriaceae; Didymocarpoideae; Chromosome number; Chromosome evolution

10.11926/jtsb.4082

2019–04–19

2019–07–05

國家自然科學基金委員會與廣東省自然科學聯(lián)合基金項目(U1501211)資助

This work was supported by the Joint Project from the Natural Science Foundation of China-Guangdong Natural Science Foundation (Grant No. U1501211).

楊麗華(1985~ )，男，助理研究員，主要從事苦苣苔科分類及系統(tǒng)發(fā)育研究。E-mail: LihuaYang@scbg.ac.cn

E-mail: mingkang@scbg.ac.cn