LSEB動態 | 蕨類植物瓦韋屬的最新系統和分類學研究結果

2021-02-07 國家植物標本資源庫

水龍骨科瓦韋屬 Lepisorus 是一類葉片形態簡單，孢子囊群被鱗片狀隔絲覆蓋並呈兩列排列，營附生生活的蕨類植物。該屬植物約80種，以東亞地區為多樣化中心，少數種類分布至熱帶亞洲、非洲和太平洋島嶼。


瓦韋屬的葉片形態多種多樣


若干形態特徵與其相似的小屬被認為是瓦韋屬的近緣類群，包括葉片呈掌狀的扇蕨屬 Neocheiropteris，葉片呈絲狀的絲帶蕨屬 Drymotaenium，葉片二型且孢子囊群呈線形的伏石蕨屬 Lemmaphyllum，葉片形態變化多樣且攀援生長的鱗果星蕨屬 Lepidomicrosorium，根狀莖鱗片具毛髮的毛鱗蕨屬 Tricholepidium，葉脈明顯且孢子囊群分散著生的盾蕨屬 Neolepisorus，孢子囊群深陷於葉肉之中的禾葉瓦韋屬 Paragramma 以及孢子囊群匯生於葉片先端驟縮部分的尖嘴蕨屬 Belvisia 等。


這一類的蕨類植物形態簡單，可用於物種劃分的性狀較少、特徵微小且難以獲取，因此瓦韋屬及其近緣類群的分類和系統學研究一直被認為是蕨類植物中最為困難的類群之一。


瓦韋屬的根狀莖鱗片形態


瓦韋屬的孢子囊群隔絲


長期以來，中國科學院植物研究所•系統與進化植物學國家重點實驗室（LSEB）的張憲春研究組致力於瓦韋屬植物的分類和系統學研究，在國際知名學術期刊上發表過一系列重要的研究成果，曾通過系統學研究對瓦韋族的界定進行過深入探討【A molecular phylogeny and a revised classification of tribe Lepisoreae (Polypodiaceae) based on an analysis of four plastid DNA regions, Botanical Journal of the Linnean Society, 2010】，並基於生物地理學的分析方法揭示了瓦韋屬植物對環境氣候改變的響應機制【The rise of the Himalaya enforced the diversification of SE Asian ferns by altering the monsoon regimes, BMC Plant Biology, 2012; Indehiscent sporangia enable the accumulation of local fern diversity at the Qinghai-Tibetan Plateau, BMC Evolutionary Biology, 2012】。


然而目前，瓦韋屬與其近緣類群，尤其是禾葉瓦韋屬、扇蕨屬、盾蕨屬、鱗果星蕨屬、毛鱗蕨屬以及伏石蕨屬的系統關係仍然模糊不清，而且瓦韋屬內部各個枝系的親緣關係由於支持率偏低也沒有得到很好的解決。這些系統問題的存在，嚴重阻礙了對瓦韋屬進行系統分類的深入研究。


通過長時間野外考察和形態觀測的累積，近期該研究組基於更為全面的取樣，選取了71種瓦韋屬及其近緣屬的物種，並重新篩選出8個具有高變位點的DNA分子標記，整合25個形態數據編碼，對該類群進行了系統發育重建，獲得較高支持率的拓撲關係結構，解決了瓦韋屬及其近緣類群深層的系統發育關係。基於這個穩定的系統發育框架，研究人員結合DNA序列、形態特徵和遺傳學的證據重新界定了瓦韋屬的範圍，將扇蕨屬、盾蕨屬、伏石蕨屬、鱗果星蕨屬、禾葉瓦韋屬以及毛鱗蕨屬歸併入瓦韋屬。同時，研究人員分析了形態性狀的進化式樣，確定不同枝系的鑑別特徵，對新界定的瓦韋屬提出了一個新的屬下分類系統，將瓦韋屬劃分為17個組。


基於聯合數據矩陣，利用貝葉斯推演法構建的瓦韋屬的多數一致樹


這項研究工作基於廣義形態性狀和分子性狀的整合分析，首次提出一個能反映瓦韋屬進化歷史的屬下分類系統，體現了形態學與分子系統學有機的結合，及其在系統學研究中的重要性，促進了蕨類植物的分類學和系統學研究。


上述研究成果已於近日在線發表在國際學術期刊 Cladistics，論文題目是 Backbone phylogeny of Lepisorus (Polypodiaceae) and a novel infrageneric classification based on the total evidence from plastid and morphological data，詳見文末「閱讀原文」。張憲春研究組的博士研究生趙存峰和助理研究員衛然為論文的共同第一作者，張憲春研究員和種子植物分類研究組的向巧萍副研究員為共同通訊作者。


本研究工作得到了國家自然科學基金面上項目（31370260和31470317）的資助。




相關焦點

  • 研究動態 | 蕨類植物瓦韋屬的最新系統和分類學研究成果
    這一類的蕨類植物形態簡單，可用於物種劃分的性狀較少、特徵微小且難以獲取，因此瓦韋屬及其近緣類群的分類和系統學研究一直被認為是蕨類植物中最為困難的類群之一。瓦韋屬的孢子囊群隔絲長期以來，中國科學院植物研究所•系統與進化植物學國家重點實驗室（LSEB）的張憲春研究組致力於瓦韋屬植物的分類和系統學研究，在國際知名學術期刊上發表過一系列重要的研究成果
  • 貴州植物分類學研究概述
    重點描述了1949年後貴州植物分類學的早期記錄和當代貴州植物分類學的現狀，分別從藻類、苔蘚植物、蕨類植物和種子植物等方面概述了各類群的研究歷史和現狀。總結了《貴州植物志》、貴州自然保護區科學考察及其出版物以及有關貴州植物分類學的主要論著。對貴州植物分類學研究面臨的問題、發展的方向以及今後亟待解決的研究內容作了概括性的敘述。
  • 科研人員發現蕨類植物新「科」
    9月17日，記者從深圳市中科院仙湖植物園獲悉，該園劉紅梅博士及其合作者經過6年研究論證，終於研究發現蕨類植物―新「科」――「爬樹蕨科」。這一科研成果8月24日已在國際最權威的植物分類學雜誌《分類學》（Taxon）上發表，標誌著深圳的蕨類植物研究正式躋身國際前列。
  • 真菌類群屬與種的分類學及系統發育研究獲進展
    真菌類群種與屬的分類學地位、系統發育與進化是全球研究的熱點。雲南農業大學盛軍團隊與中國科學院昆明植物研究所許建初團隊聯合發表了真菌類群種屬分類學與系統發育研究最新成果。研究團隊選擇兩個門（子囊菌門Ascomycota，擔子菌門Basidiomycota）、六個綱、24個目與55個科的126個真菌類群，所選類群覆蓋了歐洲義大利等地，亞洲中國、印度和泰國，以及北美和南美國家的物種。
  • 蕨類植物分會:科研成果豐碩 科普宣傳加強 | 專題
    由中國科學院植物研究所和中國植物學會共同主辦的英文學術期刊《Journalof Systematicsand Evolution》（JSE，《植物分類學報》）組織出版了蕨類植物專輯（2016年第6期）。該專輯聚焦石松類和蕨類植物系統進化領域的主要研究方向，從蕨類區系、多樣性、保育、生殖生物學和生態學等角度對相關科學問題進行探討。
  • 海南周刊|探尋奇妙的蕨類世界——瓊島蕨跡
    海南日報記者 李天平 攝「桫欏科在中國產桫欏屬和白桫欏屬，在海南中部山區均有分布，包括粗齒桫欏、大葉黑桫欏、黑桫欏、陰生桫欏、白桫欏等。」在中科院上海辰山植物科學研究中心研究員嚴嶽鴻看來，連對生長環境極為挑剔的「蕨類植物之王」也願意在海南開枝散葉，當地蕨類的物種多樣性由此可見一斑。
  • 瓶爾小草科的系統分類研究取得進展
    瓶爾小草科(Ophioglossaceae)是蕨類植物進化樹上古老的一支，其分化時間可追溯到2.5億年前。該科植物世界分布，全球約有120種，其主要特徵為整個植株通常由一片具三維結構的葉組成，肉質的葉片能同時分化出不育部分和能育部分(圖1: B, E, H, K)，根無毛具內生真菌(圖1: C, F, I, L)。
  • 中國分類學奈何走到「前無古人,後無來者」的地步?
    他所在的植物所標本館，存有超過200萬個植物標本，由於科研人員和經費嚴重不足，其中至少有20％尚未經過鑑定和分類。同樣的窘境也發生在動物分類學領域。中國科學院動物研究所前所長黃大衛教授告訴記者，相對於鼎盛時期的150餘人組成的研究團隊，現在研究人員數量已銳減了2／3。在動物界47個門的研究方向中，僅有節肢動物一門尚有充足的分類學研究人員。
  • 文獻解讀|ISME:在不同生物分類學解析度評估群落與環境的關係以揭示群落構建背後的進化驅動力
    儘管這一概念在特定生物和生態系統中的應用還存在一些爭議，但在許多研究中，高等級的分類學數據 (屬、科甚至門水平) 已經被證明能獲得與種水平數據類似的「群落-環境變化響應」。但是，本文的結果表明，如果研究目標是確定群落對環境變量的反應，有時使用高分類學水平的數據可能就足夠了，甚至結果還會優於精細分類學數據。本文對原核生物群落變化的環境影響的評估發現，隨著分類學水平的提高，與生態位相關的信號呈現增強或保持不變的趨勢，這表明系統發育相關的生物分類可能具有保守的生態特性，並且不會在整個生境中隨機分布。
  • 今天的分類學在做什麼?
    在自然科學裡面，分類學是最容易受到誤解和鄙視的學科之一，而且不光其他學科的人在誤解和鄙視分類學，連這個學科出身的人，轉了別的更熱門的研究方向之後，也喜歡回過頭來踩分類學兩腳。而分類學內部一些人士，也喜歡自虐，以轉發這類被鄙視的段子自嘲為樂。　　我自己對於分類學的定位和任務，早就有比較清楚的了解，但多年來也確實沒有寫過簡明的介紹文章。
  • 神農架民間草藥的故事014——神農架的土郎中與植物化學分類學/劉勝祥/奇聞異事求解188/20201007
    蕨類植物水龍骨科有6種植物收錄到神農架「三十六還陽」的隊伍裡，他們分別為卷槽還陽（絲帶蕨Drymotaenium miyoshianum
  • 動物分類學為什麼重要?分類學之父是林奈,介紹分類學專用術語
    在有爭議的分類「群」中，經典分類學預見能力是很低的，必須藉助更先進的分類學方法諸如比較解剖學、細胞遺傳學或分子分類學等求得解決。這說明尋求「自然」分類，即與可能起源的資料一致的分類是正當的。作為獲得情報的系統分類。分類同樣可以完成實踐功能。它應該便於記載其後找到的與所研究的分類單元有關的任何資料。給予一個分類單元的名稱，就像是打開寫字檯各個抽展的鑰匙。
  • 澳大利亞的分類學能力現狀--看完可能會覺得這是勸退專業
    通過觀察別國的分類學變革，或對我國的分類學研究有所啟示。報告來源：澳大利亞環境與能源部摘要：背景：澳大利亞生物資源研究計劃（Australian Biological Resources Study）主要致力於促進和支持澳大利亞分類學和系統學領域的研究人員。
  • 大型植物分類學巨著:中國高等植物彩色圖鑑
    圖鑑精選中國境內野生植物和重要栽培植物1萬餘種，配以圖片近2萬餘張，每一物種以中英文形式簡要介紹生境、海拔、花果期、分布、特徵及應用。叢書共分為9卷，收載苔蘚植物100科、蕨類植物40科、裸子植物11科、被子植物229科，共計380科，除苔蘚植物之外，其它所有植物種類的科已全部收全。
  • 分類學是一門過時的學科嗎?
    今年7月初，國內研究分類學的青年學者劉夙博士在他的個人公號上發表了一篇文章，題為《今天的分類學在做什麼？》，文中對公眾（甚至學者）對分類學的常見迷思一一做出了詳細解答。 很巧的是，劉夙博士的許多看法和英國數學科普大師伊恩·斯圖爾特教授的觀點不謀而合。
  • 微生物分類學研究利器:模式微生物基因組資料庫
    平臺不僅集成了目前所有公共來源的模式微生物物種和基因組數據，還發布了大量自測模式微生物基因組數據，是目前國內外模式微生物基因組數據最為豐富的平臺。並且集合了數據搜索下載，新種鑑定，基因組拼接與注釋等在線分析工具，為全球各個保藏中心和廣大分類學家提供一個分類學研究的利器。
  • 多次的全基因組重複事件可能促成古代和近代蕨類植物的崛起
    蕨類植物起源於約4億年前，是維管植物第二大類群。在被子植物出現前，蕨類在古地球植被中佔據主導地位，而現代蕨類植物儘管沒有被子植物的多樣性豐富，仍在當前生態系統中佔有重要地位。本研究中，作者利用近期該實驗室建立的蕨類植物物種關係，通過分析大批基因家族進化樹，檢測到19個蕨類全基因組重複事件，並確定了相關蕨類植物類群。
  • 【文獻】細菌功能基因多樣性與分類學多樣性的海拔趨勢大相逕庭
    例如，Tilman等(2014)指出草原植物分類學多樣性可能與功能性狀多樣性和生態系統恢復力相關。一般來說，對於大型生物來講，當分類學多樣性減少時，功能多樣性也會減少，而這也會降低生態系統的恢復力。Fierer等(2013)發現，在北美草地土壤中，宏基因組的基因多樣性與細菌分類學多樣性密切相關，呈正線性關係。
  • 生態系統服務權衡最新研究進展
    近年來, 「3S」和人工智慧等先進技術的廣泛運用及新理論的湧現, 極大地促進了生態系統服務權衡的發展, 有必要跟蹤和梳理其最新進展, 為未來研究提供借鑑。, 下文將從這3方面跟蹤其最新研究進展。研究美國俄勒岡流域時, 學者採用InVEST模型設置3種土地利用情景, 評估生態系統服務供給水平與生態系統多樣性間的權衡關係, 但是忽略了地理要素的異質性, 造成模擬結果與實際情況有一定偏差。ARIES模型是一個web可訪問的應用程式, 用於動態評估生態系統服務供給和使用區域間的權衡並可視化, 具有良好的應用前景, 但受限於模型複雜性和模型代碼的透明度, 尚未得到廣泛使用。
  • 拿什麼來拯救經典生物分類學
    朱朝東的博文介紹了中國生物分類學的現狀，觀點基本與比利時皇家自然科學研究所的文章描述的一致：分類學家已像他們要保護的很多物種一樣，自身也成了瀕危物種。其實比利時皇家自然科學研究所的文章和朱朝東描述的現象並不是什麼新鮮事，而是自20世紀90年代起就被學界所廣泛討論的分類學困境：世界性的缺乏可以記錄和描述地球上的生物多樣性的分類學家。