摘要
兜兰属(Paphiopedilum)隶属于兰科杓兰亚科，是该亚科五个属中最大的属，约有107个物种和37个自然杂交种。兜兰属自然杂交现象的频繁发生，而且前人的分子系统学证据也表明兜兰属存在网状进化现象，暗示兜兰属存在杂交渐渗。因此，兜兰属内系统发育关系一直存在争议。此外，关于兜兰属的组内组间的杂交和渐渗式样尚未有系统的研究。兜兰属绝大部分物种为昆虫介导的欺骗性传粉，其传粉系统主要有两种类型，即蜂类或者蜂类和蝇类共同介导的食源性欺骗以及蝇类介导的产卵地欺骗。昆虫的传粉行为是兜兰属自然杂交和渐渗现象发生的关键影响因素。但昆虫传粉行为如何导致兜兰属不同物种发生杂交和渐渗，以及杂交和渐渗与兜兰属物种分化之间的关系目前仍缺少研究。 本论文通过整合分子系统学、比较形态学和传粉行为学的方法探讨了兜兰属及其近缘类群的系统发育、适应性进化的模式、兜兰属的渐渗式样以及对传粉昆虫吸引的作用。研究还揭示了兜兰属由传粉昆虫带来的杂交和渐渗对物种分化的影响及其程度。主要结论如下: 1.兜兰属的系统发育。基于质体基因组、线粒体基因、ITS和简化基因组SNP的分析揭示了杓兰亚科属间关系和兜兰属的内部物种间关系。杓兰亚科中杓兰属为基部类群，兜兰属与美洲兜兰属和墨西哥兜兰属构成姐妹群。质体基因和核基因SNP也确定了可信度较高的兜兰属组间关系。但组间关系在不同数据集的系统树中存在一定的差异，尤其在兜兰亚属中。 2.质体基因组的适应性进化。杓兰亚科的基部类群杓兰属质体基因组最大，且从基部的杓兰属到进化的兜兰属等类群基因组大小和SSR数量均呈现逐渐减小的趋势，而GC含量则呈现出升高的趋势。基因组的大小的减小与ndh家族基因的缺失有关。Ndh基因家族的基因在杓兰属物种中较少缺失，但在进化的兜兰属、墨西哥兜兰属和美洲兜兰属中这类基因大部分丢失或者假基因化。Ndh基因编码的NDH复合体参与光系统Ⅰ的循环电子传递，并且该复合体的功能受温度的影响。杓兰属分布于温带地区，兜兰和其他四个属分布于热带和亚热带地区。因此，我们认为Ndh基因家族的丢失可能与热带和亚热带分布的兜兰属等类群适应温度变化有关。 3.兜兰属杂交和渐渗及其对物种分化的影响。基于简化基因组SNP对兜兰属的研究发现，兜兰属内存在广泛的杂交和渐渗现象，且在不同组别中存在差异。进一步分析发现兜兰属中不同组别的物种分化速率和分化水平具有差异。在物种分化速率高的组别中，杂交和渐渗的发生更为频繁。杂交和渐渗在一定程度上促进了物种的分化。 对关键性状的BiSSE分析发现兜兰属植物的花瓣颜色、唇瓣形状、假雄蕊上的凸起以及传粉者类型的差异对物种形成的速率有显著的影响，表明这些特征对兜兰属物种分化具有重要的作用。 4.传粉昆虫行为介导的杂交和渐渗对兜兰属物种分化的作用。通过行为学实验在兜兰属原生种和人工杂交F1代中，对蜂类和蝇类的吸引力进行检测发现，不同兜兰属物种对两类昆虫的吸引力强弱有区别。颜色和气味可共同作用吸引昆虫，但颜色为主要的作用因素。杂交F1代的吸引力相对于父母本会产生四种类型的变化，这些变化会影响其与父母本的基因交流。杂交F1代花信号相对于父母本的这些改变为兜兰属物种分化奠定了基础。 总之，本研究通过整合多学科手段探讨了兜兰属及其近缘属的系统学关系以及适应性进化的式样，揭示了兜兰属的渐渗式样以及传粉昆虫吸引信号的变化对兜兰属物种形成的作用。我们的结果对理解兜兰属的物种形成模式具有重要意义，同时也为植物物种多样性的形成机制提供了实证依据。
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