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芍药属(Paeonia L.)植物因其观赏价值和药用价值而闻名于世。芍药属是芍药科(Paeoniaceae)唯一的属,分3个组:牡丹组(sect.Moutan DC.)、北美芍药组(sect.Onaepia Lindl.)和芍药组(sect.Paeonia),共约32个种。前人用少数叶绿体基因和核基因片段构建的基因树分辨率不高、不同基因树之间存在不一致,未能深刻揭示芍药属种间系统发育关系。此外,芍药组内存在频繁杂交和多倍化现象,造成网状进化,加大了系统发育分析的难度。
本研究从芍药(Paeonia lactiflora)休眠芽的转录组分析入手,根据编码基因筛选出一定量的单拷贝或寡拷贝核基因片段。另外,结合本实验室其他人员筛选出的具有丰富系统发育信息的叶绿体基因片段,对整个芍药属的样品进行了序列的扩增测序和分析,利用核基因片段和叶绿体基因片段分别构建了芍药属30个种和32个种的高分辨率基因树,探讨属内、组内物种之间的系统发育关系,推测芍药属多倍化物种形成方式。主要研究结果如下：⑴筛选出29个含有较多系统发育信息位点的低拷贝核基因片段；⑵筛选出11个适用于芍药属组间和组内系统发育研究的叶绿体基因片段；⑶利用筛选的29个核基因片段和13个叶绿体基因片段(包括筛选的11个片段和2个可望作为植物DNA条形码的片段),重新构建了芍药属的系统发育关系。核基因片段和叶绿体基因片段构建的系统发育树都表明,芍药属清楚的分化为三条独立的谱系,分别是牡丹组、北美芍药组和芍药组。其中,牡丹组也清楚的分化为两条谱系,分别对应革质花盘亚组和肉质花盘亚组。在牡丹组内,核基因数据与叶绿体基因数据的结果不一致并不是由于叶绿体基因片段信息位点的缺乏。核基因片段更适合用于牡丹组种间关系的研究。P.rockii和P.decomposita亲缘关系密切,P.rockii和P.decomposita subsp.rotundiloba的关系最近。但P.decomposita并没有分化为独立的谱系,P.decomposita的两个亚种的分合仍然值得商榷。芍药组内,不同基因组的数据都将芍药组分为两个分支,与地理分布相对应。亚洲类群相比于地中海地区的类群可能更为古老,P.emodi是最基部的类群。⑷通过分析13个合并的叶绿体基因片段构建的系统发育树和针对少数高分辨率核基因片段(编码ATP-dependent Lon protease基因的内含子)的克隆序列构建的系统发育树,比较不同基因树的系统位置差异,推测了芍药属11个四倍体可能的父母系来源。利用分子数据证明P.emodi的四倍体类型、P.broteri的四倍体类型、P.obovata复合体的的四倍体类型可能是同源四倍体；而P.arietina、P.daurica subsp.macrophylla、P.kesrouanensis、P.mairei、P.masculasubsp.bodurii、P.parnassica、P.peregrina和P.saueri可能是异源四倍体。