基于葉綠體基因組探討桃金娘目及其近緣類(lèi)群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

王雪芹 宋衛(wèi)武 肖建加 李超瓊 劉紅占

摘 要： 該研究基于葉綠體基因組數(shù)據(jù)，對(duì)桃金娘目（6科44屬97種）及其近緣類(lèi)群（牻牛兒苗目2科5屬25種）的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：（1）桃金娘目基因組大小為152～171 kb，包括的蛋白質(zhì)編碼基因數(shù)目為74～90個(gè);牻牛兒苗目基因組大小為116～242 kb，包括的蛋白質(zhì)編碼基因數(shù)目為75～132個(gè)。（2）對(duì)比葉綠體基因組序列和蛋白質(zhì)編碼基因所構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)結(jié)果，在目間及牻牛兒苗目?jī)?nèi)差異顯著，但在桃金娘目?jī)?nèi)基本一致。（3）基于蛋白質(zhì)編碼基因所構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)表明，桃金娘目和牻牛兒苗目均為單系，為姐妹類(lèi)群;桃金娘目?jī)?nèi)形成兩個(gè)大支，桃金娘科、Vochysiaceae、野牡丹科形成一支，其中桃金娘科和Vochysiaceae關(guān)系較近是姐妹群，柳葉菜科、千屈菜科和使君子科形成另一支，其中柳葉菜科和千屈菜科關(guān)系較近為姐妹群;科級(jí)水平，桃金娘科、Vochysiaceae、野牡丹科、柳葉菜科、千屈菜科、使君子科和牻牛兒苗科均為單系（僅包括一個(gè)物種的科除外）。（4）支持將石榴屬及菱屬置于千屈菜科。（5）對(duì)蛋白質(zhì)編碼基因序列變異分析的結(jié)果表明，野牡丹科19個(gè)屬的共享變異基因數(shù)目為53個(gè)，變異范圍為5.84%～29.53%，桃金娘科9個(gè)屬的共享變異基因數(shù)目為57個(gè)，其變異范圍為1.31%～15.78%。該研究結(jié)果為進(jìn)一步研究桃金娘目及相關(guān)科屬的系統(tǒng)發(fā)育提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞： 牻牛兒苗目， 桃金娘科， 野牡丹科， 蛋白質(zhì)編碼基因， 系統(tǒng)發(fā)育

Abstract： In this study， we used the information on the chloroplast genomes to analyze the phylogenetic relationships of Myrtales （97 species representing 44 genera in six family） and related groups （Geraniales， 25 species representing five genera in two families）. The results were as follows： （1） The genome size of Myrtales ranged from 152 to 171 kb， including 74-90 protein-coding genes. The genome size of Geraniales ranged from 116 to 242 kb， including 75-132 protein-coding genes. （2） Phylogenetic analyses of whole genome and protein-coding genes yielded contradicting topologies for intra-order and Geraniales， but congruence results were found in Myrtales. （3） The phylogenetic tree based on protein-coding genes provided strong support for the monophyly of Myrtales and Geraniales and for the placement of Myrtales sister to the Geraniales; Within Myrtales， two major clades were identified， the first clade comprised a Melastomataceae lineage sister to a Myrtaceae + Vochysiaceae lineage and the second clade included Combretaceae sister to a subclade formed by the Onagraceae and Lythraceae lineages; At family level， Myrtaceae， Vochysiacea， Melastomataceae， Lythraceae， Onagraceae， Combretaceae and Geraniaceae were strongly supported as monophyletic （family that represented by only one species was excluded）. （4） The placement of Punica and Trapa in Lythraceae were supported. （5） Additionally， the sequence divergence of the protein-coding genes was estimated. For Melastomataceae， 53 variable protein-coding genes were identified， with the variation percentage ranged from 5.84% to 29.53% among the 19 genera. In Myrtaceae， the proportion of variability of 57 variable protein-coding genes ranged from 1.31% to 15.78% among the nine genera. Our study provides an important framework for further phylogenetic study in Myrtales and related groups.

Key words： Geraniales， Myrtaceae， Melastomataceae， protein-coding genes， phylogeny

在分子系統(tǒng)學(xué)發(fā)展之初，人們常利用單個(gè)基因或者幾個(gè)基因來(lái)解決類(lèi)群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，對(duì)于某些類(lèi)群而言，可能得到較理想的結(jié)果，而對(duì)于某些特殊類(lèi)群，如進(jìn)化速率較慢的類(lèi)群或輻射進(jìn)化的類(lèi)群，由于缺乏足夠的信息位點(diǎn)，研究遇到阻滯。通過(guò)增加基因數(shù)目及聯(lián)合分析的方法，在一定程度上，可以提高系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的分辨率及支持率。隨著二代測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，測(cè)序成本的降低，使得系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。葉綠體基因組由于其大小適中，便于測(cè)序及后期組裝拼接，且在不同類(lèi)群之間具有良好的共線性（張韻潔和李德銖，2011），因而在系統(tǒng)發(fā)育分析中得到廣泛應(yīng)用。截至2019年4月，NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中的葉綠體基因組數(shù)據(jù)已有3 000多個(gè)，而在2010年10月僅為146個(gè)，其數(shù)據(jù)增長(zhǎng)呈爆發(fā)之式，為系統(tǒng)發(fā)育研究提供了便利及機(jī)遇。目前，葉綠體基因組已應(yīng)用于研究被子植物不同階層的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，如柑橘屬（Citrus）（Carbonell-Caballero et al.，2015）、棉屬（Gossypium）（Wu et al.，2018）、禾本科（Poaceae）（Pessoa-Filho et al.，2018）、蘭科（Orchidaceae）（Dong et al.，2018）、石竹目 （Caryophyllales） （Liu et al.，2018）、姜目（Zingiberales）（Wu et al.，2018）及被子植物框架（Bausher et al.，2006）。

桃金娘目（Myrtales）隸屬于薔薇支，其為單系類(lèi)群，得到了形態(tài)學(xué)和分子系統(tǒng)學(xué)證據(jù)的支持，而桃金娘目在薔薇類(lèi)中的系統(tǒng)位置未定，一直為研究者所關(guān)注。基于rbcL的分析結(jié)果表明，桃金娘目在薔薇類(lèi)中位置不確定（Hilu et al.，2003）。Zhu et al.（2007）基于1個(gè)線粒體基因、2個(gè)葉綠體及1個(gè)核基因片段聯(lián)合分析的結(jié)果表明，桃金娘目可能和牻牛兒苗目（Geraniales）的關(guān)系較近（無(wú)支持率），共同組成了薔薇類(lèi)的基部類(lèi)群。而Wang et al.（2009）基于12個(gè)基因（10個(gè)葉綠體基因、2個(gè)核基因）聯(lián)合分析的結(jié)果表明，桃金娘目和牻牛兒苗目關(guān)系較近，形成中等支持率的一支，均隸屬于錦葵類(lèi)植物malvids（即真薔薇二類(lèi)植物eurosids Ⅱ），為錦葵類(lèi)植物其余科的姐妹群。

桃金娘目包含9科380屬，約13 000種（The Angiosperm Phylogeny Group，2016），囊括了6%左右的核心真雙子葉植物類(lèi)群。目下所包括的9個(gè)科中，Crypteroniaceae、Alzateaceae及Penaeaceae所包括的物種數(shù)較少，99%以上的物種分布于其余6科，依次為桃金娘科（Myrtaceae）、野牡丹科（Melastomataceae）、柳葉菜科（Onagraceae）、千屈菜科（Lythraceae）、使君子科（Combretaceae）及Vochysiaceae。關(guān)于桃金娘目的分子系統(tǒng)學(xué)研究主要有：Conti et al.（1997）基于rbcL序列的研究結(jié)果表明，桃金娘科可能與野牡丹科關(guān)系較近，柳葉菜科和千屈菜科是姐妹群，而使君子科系統(tǒng)位置未定。Sytsma et al.（2004）基于rbcL和ndhF序列，進(jìn)一步擴(kuò)大采樣范圍，研究了桃金娘目?jī)?nèi)科之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，結(jié)論表明使君子科可能是該目的基部類(lèi)群，與目?jī)?nèi)其他科為姐妹群關(guān)系（支持率不高），桃金娘科可能是野牡丹科+ Memecylaceae的姐妹群，柳葉菜科和千屈菜科為姐妹群關(guān)系獲較高支持率。Soltis et al.（2011）基于17個(gè)基因的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，桃金娘目和牻牛兒苗目為姐妹群，獲中等支持率支持。

桃金娘目的近緣類(lèi)群未定，目下科之間的關(guān)系尚需進(jìn)一步研究。已有的分子系統(tǒng)學(xué)研究表明在該類(lèi)群中，基于單個(gè)基因或幾個(gè)基因的聯(lián)合分析，均不能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。本研究利用公共數(shù)據(jù)庫(kù)中已公開(kāi)發(fā)表的桃金娘目6個(gè)主要科及其近緣類(lèi)群的葉綠體基因組數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)重建，獲得高支持率且高分辨率的桃金娘目的系統(tǒng)發(fā)育框架，確定了桃金娘目與牻牛兒苗目的姐妹群關(guān)系，并進(jìn)一步確認(rèn)了使君子科是柳葉菜科和千屈菜科的姐妹群。此外，我們對(duì)桃金娘科和野牡丹科的蛋白質(zhì)編碼基因的序列變異程度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，為后續(xù)相關(guān)科的系統(tǒng)發(fā)育研究提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

從GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)下載已發(fā)表的桃金娘目6科44屬97種和牻牛兒苗目2科5屬25種的葉綠體全基因組序列及蛋白質(zhì)編碼基因（表1）。選擇錦葵目（Malvales ）3種、十字花目（Brassicales） 2種、十齒花目（Huerteales） 1種、無(wú)患子目（Sapindales） 5種，作為外類(lèi)群（表1）。用Excel統(tǒng)計(jì)每個(gè)葉綠體基因組的大小及蛋白質(zhì)編碼基因數(shù)目。

1.2 構(gòu)建矩陣

全基因組序列使用CIPRES Science Gateway（Miller et al.，2010）在線工具M(jìn)AFFT v 7.394（Katoh & Standley，2013）軟件對(duì)序列進(jìn)行比對(duì)，參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。每個(gè)物種的蛋白質(zhì)編碼基因按字母排序，連接，采用CIPRES Science Gateway在線工具M(jìn)AFFT v 7.394軟件對(duì)序列進(jìn)行比對(duì)。比對(duì)結(jié)果在MEGA 7.0軟件（Kumar et al.，2016）中進(jìn)行部分人工校正。

1.3 系統(tǒng)發(fā)育分析

基于所獲得的矩陣分別采用最大似然法（maximum likelihood， ML）及貝葉斯推斷（BI）進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析。運(yùn)用軟件RaxML ver.8.2.8（Stamatakis，2014）進(jìn)行RaxML分析，選擇GTRGAMMA模型，采用快速靴代值（rapid bootstrap）分析，重復(fù)1 000次（Bootstrap， BS）。運(yùn)用MrBayes v 3.2.5（Ronquist & Huelsenbeck，2003）進(jìn)行貝葉斯推斷分析，選擇GTR+GAMMA模型。BI分析的參數(shù)設(shè)置如下：采用MCMC（Markov chain monte carlo）算法，運(yùn)行1 000 000代，每1 000代取樣一次，開(kāi)始的25%樣品作為老化樣本（Burn-in samples）舍棄，以剩余樣本構(gòu)建主要規(guī)則一致樹(shù)，并計(jì)算各分支的后驗(yàn)概率（posterior probability， PP）。

2 結(jié)果與分析

2.1 基因組大小

由表2和圖1可知，桃金娘目葉綠體全基因組大小在152 049～171 315 bp之間，平均值為159 kb，蛋白質(zhì)編碼基因數(shù)目在74～90之間，平均值為85。牻牛兒苗目葉綠體全基因組大小在116 935～242 575 bp之間，基因組大小平均值為170 kb，蛋白質(zhì)編碼基因數(shù)目在75～132之間，平均值為97。

2.2 矩陣分析

為了驗(yàn)證葉綠體基因組在不同分類(lèi)單元系統(tǒng)發(fā)育分析中的應(yīng)用性，我們構(gòu)建了兩套矩陣，即基于葉綠體全基因組序列形成的矩陣和基于蛋白質(zhì)編碼基因形成的矩陣。經(jīng)序列比對(duì)及人工校正我們一共獲得6個(gè)矩陣：（1）由葉綠體全基因組序列構(gòu)成的3個(gè)矩陣，即桃金娘目、牻牛兒苗目及外類(lèi)群構(gòu)成的包括139條序列的矩陣（矩陣1）、由桃金娘目構(gòu)成的包括103條序列的矩陣（矩陣3）、由牻牛兒苗目構(gòu)成的包括25條序列的矩陣（矩陣5）;（2）由蛋白質(zhì)編碼基因構(gòu)成的3個(gè)矩陣，即相應(yīng)的由桃金娘目、牻牛兒苗目及外類(lèi)群構(gòu)成（矩陣2）、僅包括桃金娘目（矩陣4）及僅包括牻牛兒苗目（矩陣6）的矩陣。

矩陣信息詳見(jiàn)表3。由表3可知，由牻牛兒苗目的葉綠體全基因組序列構(gòu)成的矩陣即矩陣5最大，長(zhǎng)度為762 293 bp，其中變異位點(diǎn)的數(shù)目為205 260，信息位點(diǎn)的數(shù)目為93 186（12.22%），缺失數(shù)據(jù)比例為77.60%。僅由桃金娘目的蛋白質(zhì)編碼基因構(gòu)成的矩陣即矩陣4最小，長(zhǎng)度為113 097 bp，其中變異位點(diǎn)的數(shù)目為26 162，信息位點(diǎn)的數(shù)目為18 171（16.07%），缺失數(shù)據(jù)比例為30.09% 。

2.3 基于不同矩陣構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)

對(duì)基于不同數(shù)據(jù)集所構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)結(jié)果進(jìn)行了比較分析。支持率方面，基于葉綠體全基因組序列與基于蛋白質(zhì)編碼基因的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)在目間，及桃金娘目?jī)?nèi)沒(méi)有明顯差異。但在牻牛兒苗目?jī)?nèi)，基于葉綠體全基因組序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)支持率明顯降低，其中支持率≥95%的分支為68%，而基于蛋白質(zhì)編碼基因所構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中，支持率≥95%的分支為95% （圖2）。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，對(duì)包括139條序列的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)進(jìn)行分析，兩個(gè)數(shù)據(jù)集當(dāng)中桃金娘目和牻牛兒苗目均形成了單系，支持率為100%，外類(lèi)群中的錦葵目在全基因組序列數(shù)據(jù)集中并未形成單系（圖3）。桃金娘目?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本一致，僅在桉屬（Eucalyptus）和月見(jiàn)草屬（Oenothera）內(nèi)部有微小差異。牻牛兒苗目?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)集所構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則存在顯著差異，葉綠體全基因組數(shù)據(jù)集中，牻牛兒苗科（Geraniaceae）未形成單系，牻牛兒苗科內(nèi)牻牛兒苗屬（Erodium）、天竺葵屬（Pelargonium）和Monsonia均未形成單系，而蛋白質(zhì)編碼基因數(shù)據(jù)集中，牻牛兒苗科及科下的屬均為單系（圖4）。

2.4 桃金娘目和牻牛兒苗目的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

根據(jù)上述結(jié)果，我們選擇了包括139條序列136個(gè)物種（包括亞種）的蛋白質(zhì)編碼基因的矩陣（矩陣2），分別進(jìn)行最大似然法建樹(shù)及貝葉斯分析。矩陣長(zhǎng)度為186 769 bp，其中變異位點(diǎn)的數(shù)目為53 589，信息位點(diǎn)的數(shù)目為39 804（21.31%），缺失數(shù)據(jù)比例為57.36%。采用最大似然法我們獲得了高分辨率的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)（圖5），其平均支持率為95%，支持率≥95%的支所占比重為87.5%。目級(jí)水平，外類(lèi)群的錦葵目、十字花目、十齒花目、無(wú)患子目與內(nèi)類(lèi)群的桃金娘目、牻牛兒苗目均為單系（BS=100%;PP=1.0）?？萍?jí)水平，桃金娘目下的桃金娘科、野牡丹科、柳葉菜科、千屈菜科、使君子科和Vochysiacea及牻牛兒苗目下的牻牛兒苗科均為單系（僅包括一個(gè)種的科除外）（BS=100%;PP=1.0）。屬級(jí)水平，桃金娘科的桉屬、杯果木屬（Angophora），柳葉菜科的月見(jiàn)草屬，千屈菜科的紫薇屬（Lagerstroemia），牻牛兒苗科的牻牛兒苗屬、天竺葵屬和Monsonia均為單系（屬下僅包括一個(gè)種的除外）（BS=100%;PP=1.0）。桃金娘科的Corymbia不是單系類(lèi)群。

桃金娘目為單系類(lèi)群，所包括6個(gè)科的科間關(guān)系得到解決。桃金娘科和Vochysiacea關(guān)系較近，形成一支，與野牡丹科是姐妹群。柳葉菜科和千屈菜科是姐妹群，使君子科是柳葉菜科+千屈菜科的姐妹群。千屈菜科這一分支包括了紫薇屬、石榴屬（Punica）及菱屬（Trapa），其中石榴屬在《中國(guó)植物志》中隸屬于石榴科（Punicaceae），在Flora of China中將石榴屬移置于千屈菜科，而菱屬則隸屬于菱科（Trapaceae）。柳葉菜科這一分支包括了月見(jiàn)草屬、丁香蓼屬（Ludwigia）、柳葉菜屬（Epilobium），其中丁香蓼屬為基部類(lèi)群，月見(jiàn)草屬和柳葉菜屬組成一支。野牡丹科包括19屬，屬間的系統(tǒng)關(guān)系與前人基于形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)（Renner，1993）及葉綠體片段（Renner，2004;Goldenberg et al.，2012）的研究結(jié)果有出入。鑒于所包括的屬有限，占全部屬的10%左右，且每個(gè)屬僅包括一個(gè)物種，野牡丹科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣品進(jìn)行研究。桃金娘科包括桉屬（Eucalyptus）、Corymbia、杯果木屬、Allosyncarpia、Stockwelli、蒲桃屬（Syzygium）、番石榴屬（Psidium）、Acca、Plinia共9屬。前人基于matK的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)結(jié)果表明，桃金娘科可以分為2個(gè)亞科17個(gè)族（Wilson et al.，2005）。本研究中所包括的屬均隸屬于桃金娘亞科（Myrtoideae），分布于3個(gè)族，其中蒲桃屬隸屬于Syzygieae，番石榴屬、Acca和Plinia隸屬于Myrteae，杯果木屬、桉屬、Allosyncarpia、Corymbia和Stockwelli隸屬于Eucalypteae，3個(gè)族均為單系（BS=100%;PP=1.0）。

牻牛兒苗目為單系類(lèi)群，Vivianiaceae為基部類(lèi)群，牻牛兒苗科形成了一個(gè)單系，其中Hypseocharis為其他屬的姐妹群，牻牛兒苗屬和Monsonia為姐妹群。

2.5 蛋白質(zhì)編碼基因的序列分化

為了評(píng)估不同蛋白質(zhì)編碼基因在科下系統(tǒng)發(fā)育分析中的應(yīng)用，我們對(duì)野牡丹科及桃金娘科序列長(zhǎng)度大于200 bp的蛋白質(zhì)編碼基因的序列分化程度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（其余科因?yàn)樗ǖ膶佥^少不在分析之列）。野牡丹科19個(gè)屬的共享變異基因數(shù)目為53個(gè)，變異范圍為5.84%～29.53%，變異率最高的5個(gè)基因依次為rpl22、rps15、matK、ndhF和rps3，其中發(fā)生插入缺失的基因數(shù)目為12個(gè)（表4）;而桃金娘科9個(gè)屬的共享變異基因數(shù)目為57個(gè)，由于分析所包括的屬較野牡丹科而言要少，其變異百分?jǐn)?shù)較低，范圍為1.31%～15.78%，變異率最高的5個(gè)基因依次為rps12、ycf1、rpl22、rps15和matK，發(fā)生插入缺失的基因數(shù)目為11個(gè)（表4）。

3 討論與結(jié)論

3.1 基于葉綠體基因組序列與基于蛋白質(zhì)編碼基因構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)沖突目級(jí)水平及牻牛兒苗目?jī)?nèi)，基于葉綠體基因組序列與基于蛋白質(zhì)編碼基因所構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不一致，其原因可能有兩個(gè)方面。第一，基因的排列順序。葉綠體基因組中基因的排列順序在小的分類(lèi)單元內(nèi)保守性較高， 變異程度數(shù)字代表分支的靴代值BS; 靴代值為100的不顯示。下同。Nodes are labeled with maximum likelihood bootstrap support; Nodes with 100% bootstrap support in the maximum likelihood analysis are unlabeled. The same below.小，隨著分類(lèi)單元的增大，其變異程度往往提高。牻牛兒苗科物種的葉綠體基因組發(fā)生過(guò)高度的基因重排（Blazier et al.，2011），基因組序列當(dāng)中的基因順序在不同物種間差異較大，導(dǎo)致全基因組序列比對(duì)時(shí)，同一個(gè)基因重復(fù)出現(xiàn)在基因組的不同位置。第二，基因間隔區(qū)的序列變異水平比蛋白質(zhì)編碼基因要高，隨著分類(lèi)單元的擴(kuò)大，如目級(jí)水平，可能由于基因間隔區(qū)的序列變異程度太高而導(dǎo)致序列比對(duì)困難。因此，已有的研究當(dāng)中，葉綠體基因組數(shù)據(jù)應(yīng)用于目級(jí)水平，如石竹目（Liu et al.，2018）、姜目（Wu et al.，2018）和虎耳草目（Dong et al.，2018）等均采用蛋白質(zhì)編碼基因而非全基因組序列。

3.2 桃金娘目及其近緣類(lèi)群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

桃金娘目和牻牛兒苗目均隸屬于薔薇支，其系統(tǒng)位置一直為研究者所關(guān)注（Wang et al.，2009;Soltis et al.，2011）。本研究基于葉綠體基因組數(shù)據(jù)證實(shí)了桃金娘目和牻牛兒苗目的姐妹群關(guān)系（BS=100%;PP=1.0）。

使君子科隸屬于桃金娘目，形態(tài)學(xué)及分子系統(tǒng)學(xué)證據(jù)均不能確認(rèn)其系統(tǒng)位置，最近的研究結(jié)果表明其可能與柳葉菜科+千屈菜科的關(guān)系較近（Soltis et al.，2011）。本研究中，基于139條序列的矩陣（桃金娘目、牻牛兒苗目及外類(lèi)群的蛋白質(zhì)編碼基因）分析的結(jié)果表明，使君子科與柳葉菜科+千屈菜科的關(guān)系較近，為姐妹群，獲得較高支持率（BS=93%;PP=1.00），進(jìn)一步，對(duì)僅包括桃金娘目的兩個(gè)數(shù)據(jù)集（103條序列的葉綠體基因組與蛋白質(zhì)編碼基因）的分析結(jié)果均支持使君子科與柳葉菜科+千屈菜科的姐妹群關(guān)系（BS=100%;PP=1.00）。

石榴屬在《中國(guó)植物志》中隸屬于石榴科，在Flora of China中被移置于千屈菜科，本研究結(jié)果表明石榴屬是千屈菜科其余屬的姐妹群。菱屬在《中國(guó)植物志》及Flora of China中均隸屬于菱科，本研究結(jié)果支持將其置于千屈菜科。

3.3 野牡丹科及桃金娘科系統(tǒng)發(fā)育分析候選基因

據(jù)Flora of China，野牡丹科主要分布于熱帶及亞熱帶，有156～166屬，約4 500種，其中我國(guó)有21屬114種。已應(yīng)用于野牡丹科系統(tǒng)發(fā)育分析中的葉綠體蛋白質(zhì)編碼基因有rbcL、ndhF和rpl16（Clausing & Renner，2001;Renner，2004）等。桃金娘科有130屬約4 500種，主要分布于地中海、撒哈拉以南非洲、馬達(dá)加斯加、亞洲熱帶和溫帶、澳大利亞、太平洋群島、美洲熱帶和南美等地，我國(guó)有10屬121種。已應(yīng)用于桃金娘科系統(tǒng)發(fā)育分析中的葉綠體蛋白質(zhì)編碼基因有rbcL、ndhF、rpl16和matK（Sytsma et al.，2004;Wilson et al.，2005;Thornhill et al.，2015;Vasconcelos et al.，2017）等。

野牡丹科和桃金娘科二者均為大科，科下包括的屬種多。本研究結(jié)果表明，除上述幾個(gè)基因外，更多的候選基因可以應(yīng)用于野牡丹科和桃金娘科的系統(tǒng)發(fā)育研究。作為核心DNA條形碼的rbcL和matK（CBOL Plant Working Group，2009），序列分化程度較高，在野牡丹科中的變異百分?jǐn)?shù)分別為8.61%和27.10%， 在桃金娘科中分別為數(shù)字代表分支的靴代值BS（第1個(gè)數(shù)值）/后驗(yàn)概率PP（第2個(gè)數(shù)值）; 靴代值為100且后驗(yàn)概率為1.00的不顯示。

3.53%和8.12%。具有“最有潛力的葉綠體DNA條形碼”之稱(chēng)的ycf1（Dong et al.，2015）在野牡丹科18個(gè)屬中有基因缺失，在桃金娘科中的序列變異百分?jǐn)?shù)為10.45%。野牡丹科中，序列變異百分?jǐn)?shù)在10%以上的基因有39個(gè)，5%以上的為53個(gè)，而在桃金娘科中，序列變異百分?jǐn)?shù)在10%以上的基因有2個(gè)，5%以上的為11個(gè)，這些基因均可成為解決科下系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的重要候選基因。

參考文獻(xiàn)：

BAUSHER MG， SINGH ND， LEE SB， et al.， 2006. The complete chloroplast genome sequence of Citrus sinensis （L.） Osbeck var ‘Ridge Pineapple： Organization and phylogenetic relationships to other angiosperms [J]. Bmc Plant Biol， 6（1）： 21-31.

BLAZIER JC， GUISINGER MM， JANSEN RK， 2011. Recent loss of plastid-encoded ndh genes within Erodium （Geraniaceae） [J]. Plant Mol Biol， 76：263-272.

CARBONELL-CABALLERO J， ALONSO R， IBANEZ V， et al.， 2015. A phylogenetic analysis of 34 chloroplast genomes elucidates the relationships between wild and domestic species within the genus Citrus [J]. Mol Biol Evol， 32（8）： 2015-2035.

CBOL PLANT WORKING GROUP， 2009. A DNA barcode for land plants. [J]. Proc Natl Acad Sci USA， 106（31）： 12794-12797.

CLAUSING G， RENNER SS， 2001. Molecular phylogenetics of Melastomataceae and Memecylaceae：Implications for character evolution [J]. Am J Bot， 88（3）： 486-498.

CONTI E， LITT A， WILSON PG， et al.， 1997. Interfamilial relationships in Myrtales： Molecular phylogeny and patterns of morphological evolution [J]. Syst Bot， 22（4）： 629-647.

DONG WL， WANG RN， ZHANG NY， et al.， 2018. Molecular evolution of chloroplast genomes of Orchid species： Insights into phylogenetic relationship and adaptive evolution [J]. Int J Mol Sci， 19（3）： 716-735.

DONG WP， XU C， LI CH， et al.， 2015. Ycf1， the most promising plastid DNA barcode of land plants [J]. Sci Rep， 5： 8348-8352.

DONG WP， XU C， WU P， et al.， 2018. Resolving the systematic positions of enigmatic taxa： Manipulating the chloroplast genome data of Saxifragales[J]. Mol Phylogenet Evol， 126：321-330.

GOLDENBERG R， FRAGA CND， FONTANA AP， et al.， 2012. Taxonomy and phylogeny of Merianthera （Melastomataceae） [J]. Taxon， 61（5）： 1040-1056.

HILU K W， THOMAS B， KAI M， et al.， 2003. Angiosperm phylogeny based on matK sequence information [J]. Am J Bot， 90（12）： 1758-1776.

KATOH K， STANDLEY DM， 2013. MAFFT multiple sequence alignment software version 7： Improvements in performance and usability [J]. Mol Biol Evol， 30（4）： 772-780.

KUMAR S， STECHER G， TAMURA K， 2016. MEGA7： Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets [J]. Mol Biol Evol， 33（7）： 1870-1874.

LIU X， LI Y， YANG H， et al.， 2018. Chloroplast genome of the folk medicine and vegetable plant Talinum paniculatum （Jacq.） Gaertn.： Gene organization， comparative and phylogenetic analysis [J]. Molecules， 23（4）： 857-875.

MILLER MA， PFEIFFER W， SCHWARTZ T， 2010. Creating the CIPRES science gateway for inference of large phylogenetic trees[C]. 2010 Gateway Computing Environments Workshop （GCE 2010）. New Orleans， LA： 1-8.

PESSOA-FILHO M， MARTINS AM， FERREIRA ME， 2017. Molecular dating of phylogenetic divergence between Urochloa species based on complete chloroplast genomes [J]. Bmc Genom， 18（1）： 516-529.

RENNER SS. 1993. Phylogeny and classification of the Melastomataceae and Memecylaceae[J]. Nord J Bot， 13（5）：519-540.

RENNER SS. 2004. Bayesian analysis of combined chloroplast loci， using multiple calibrations， supports the recent arrival of Melastomataceae in Africa and Madagascar [J]. Am J Bot， 91（9）： 1427-1435.

RONQUIST F， HUELSENBECK JP， 2003. MrBayes 3： Bayesian phylogenetic inference under mixed models [J]. Bioinformatics， 19（12）： 1572-1574.

SOLTIS DE， SMITH SA， NICO C， et al.， 2011. Angiosperm phylogeny： 17 genes， 640 taxa [J]. Am J Bot， 98（4）： 704-730.

STAMATAKIS A， 2014. RAxML version 8： A tool for phylogenetic analysis and post-analysis of large phylogenies [J]. Bioinformatics， 30（9）： 1312-1313.

SYTSMA K， LITT A， ZJHRA ML， et al.， 2004. Clades， clocks， and continents： Historical and biogeographical analysis of Myrtaceae， Vochysiaceae， and relatives in the Southern Hemisphere [J]. Int J Plant Sci， 165（S4）： S85-S105.

THE ANGIOSPERM PHYLOGENY GROUP， 2016. An update of the Angiosperm Phylogeny Group classification for the orders and families of flowering plants： APG IV [J]. Bot J Linn Soc， 181（1）： 1-20.

THORNHILL AH， HO SYW， KULHEIM C， et al.， 2015. Interpreting the modern distribution of Myrtaceae using a dated molecular phylogeny [J]. Mol Phylogenet Evol， 93： 29-43.

VASCONCELOS TNC， PROENCA CEB， AHMAD B， et al.， 2017. Myrteae phylogeny， calibration， biogeography and diversification patterns： Increased understanding in the most species rich tribe of Myrtaceae [J]. Mol Phylogenet Evol， 109： 113-137.

WANG HC， MOORE MJ， SOLTIS PS， et al.， 2009. Rosid radiation and the rapid rise of angiosperm-dominated forests [J]. Proc Natl Acad Sci USA， 106（10）： 3853-3858.

WILSON PG， OBRIEN MM， HESLEWOOD MM， et al.， 2005. Relationships within Myrtaceae sensu lato based on a matK phylogeny [J]. Plant Syst Evol， 251（1）： 3-19.

WU ML， LI Q， XU J， et al.， 2018. Complete chloroplast genome of the medicinal plant Amomum compactum： Gene organization， comparative analysis， and phylogenetic relationships within Zingiberales [J]. Chin Med， 13（1）： 10-21.

WU Y， LIU F， YANG DG， et al.， 2018. Comparative chloroplast genomics of Gossypium species： Insights into repeat sequence variations and phylogeny [J]. Front Plant Sci， 9： 376-407.

ZHANG YJ， LI DZ， 2011. Advances in phylogenomics based on complete chloroplast genomes[J]. Plant Divers Resour， 33（4）： 365-375. [張韻潔， 李德銖， 2011. 葉綠體系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)的研究進(jìn)展 [J]. 植物分類(lèi)與資源學(xué)報(bào)， 33（4）：365-375.]

ZHU XY， CHASE MW， QIU YL， et al.， 2007. Mitochondrial matR sequences help to resolve deep phylogenetic relationships in rosids [J]. Bmc Evol Biol， 7（1）： 217-231.（責(zé)任編輯 李 莉）