亚洲紫珠属（唇形科）的系统发育与生物地理学研究：为泛热带植物跨太平洋长距离扩散分化模式提供新见解

 

理解植物类群分布模式的形成方式一直是生物地理学领域关注的基础问题，同时分子钟和化石记录的使用为植物类群的进化引入了时间框架。其中环太平洋间隔分布模式吸引了不少研究者的兴趣与关注，且大多数研究聚焦于东亚与北美的温带植物类群。关于环太平洋热带间隔分布模式的形成，目前主要有两种支持假说：“Boreotropics”假说与“West Gondwanan vicariance”假说，此外，长距离扩散方式在跨洋间隔分布的种子植物类群研究中也得到了不少证明。唇形科紫珠属全世界约有140种，具有典型的东亚、东南亚亚洲-北美间隔分布式样，尤其在热带、亚热带区，该属的生物地理历史能否为泛热带植物类群的环太平洋间隔分布模式提供一定的参考价值？这让我们产生了兴趣。

 

我们选取了紫珠属56个代表物种，共计145个样品。通过构建该属的系统发育并基于其系统发育框架，进行分化时间评估与祖先区域重建分析，推断该属的演化历史。通过生物地理学研究，对紫珠属的起源、分化、历史迁移进行推测。

 

研究结果表明紫珠属为单系类群，该属起源于东亚与东南亚，约发生于始新世晚期（约36.23百万年），且物种分化主要集中于中新世并一直持续到更新世，多次扩散和地理隔离事件可能造成该属如今的分布格局。紫珠属祖先的早期分化约发生于30.86百万年，在该时期该属可能通过跨洋长距离扩散经历了从亚洲到太平洋群岛的向东扩散。随后在扩散、地理隔离、灭绝事件的影响下，该属形成旧大陆与新大陆两支独立的谱系。亚洲夏季季风对紫珠属在亚洲内部的谱系分化产生了促进作用。约中新世早中期，新几内亚的高原造山运动与发生的岛链连接可能造成该属物种向大洋洲的成功迁移。约8.01百万年该属通过跨洋长距离扩散实现了从亚洲到马斯克林群岛、留尼汪岛的扩散。古地质、古气候的变化形成了紫珠属现有的分布格局，该研究为泛热带植物类群跨太平洋长距离扩散分化模式提供了补充和新的见解。

 

上述研究结果以“Phylogenetic relationships and biogeography of Asia Callicarpa (Lamiaceae), with consideration of a long-distance dispersal across the Pacific Ocean —insights into divergence modes of pantropical flora”为题发表于Frontiers in Plant Science第14卷（https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1133157）。广西大学硕士研究生蔡慧敏为论文第一作者，广西大学马仲辉教授为通讯作者，本研究得到了国家自然科学基金（31760045, 31970220, 32260047）、广西自然科学基金（2018GXNSFAA281132）和广西甘蔗生物学重点实验室基金（GXKLSCB-202004）项目的资助。

 

 

 

 

图1. 紫珠属植物主要形态特征。

 

 

 

 

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2. 紫珠属的系统发育结果。

 

 

   

 

图3. 紫珠属的分化时间评估。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图3-1. 紫珠属的分化速率分析。

   

 

图4. 紫珠属的祖先区域重建。

   

图5. 系统发育讨论涉及的紫珠属植物形态特征。

   

图6. 紫珠属迁移路线图。