Nature∣中科院植物所在中國被子植物區系進化歷史研究方面取得重要進展

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本文轉自中科院植物所官網物種多樣性是系統與進化生物學、生物地理學和生態學的核心研究問題之一。一個地區較高的物種多樣性可能是由於類群近期的快速輻射進化所致，也可能是該區域物種長期積累和保存的結果。中國擁有約30,000種維管植物，是全球植物多樣性最豐富的國家之一。因此，中國植物區系的系統發育演化歷史一直是全世界學者極為關注的科學問題。

中國科學院植物研究所陳之端研究組與南京林業大學、美國佛羅里達大學和澳大利亞國家標本館的科研人員開展合作，通過重建中國被子植物的系統發育樹和時間樹，結合物種分布數據，揭示了中國被子植物系統發育多樣性形成的時空格局。

該研究發現，從時間上看，中國約66%的被子植物屬是在中新世以後出現的；在過去的3000萬年中，草本植物比木本植物經歷了更加快速的分化。從空間上看，中國東部和西部植物的分化格局存在顯著差異：東部的被子植物屬平均分化時間較早，系統發育離散，系統發育多樣性較高；而西部的植物屬則正好相反。

研究人員通過進一步對比分析草本植物屬和木本植物屬的分化格局發現，中國西部是許多草本植物的分化中心，3000萬年以來，草本植物屬分化的比例遠遠高於木本植物屬；而中國東部對草本植物起到了「博物館」的保存效應，對木本植物則兼具「博物館」和「搖籃」的作用，在整個地質歷史中草本和木本植物屬的分化速率基本一致。

該研究通過模擬構建物種水平的生命之樹，對比分析中國被子植物屬和種水平系統發育多樣性的時空格局，明確了屬、種水平分別應該重點保護的熱點地區（屬水平：廣東、廣西、貴州和海南；種水平：雲南），並建議在中國東部建立跨省區的自然保護區和國家公園，從而更加系統地保護該區域較高的系統發育多樣性，使得起源早的孑遺成分和近期分化的新類群得到更好的保護。

該研究成果2月1日在線發表於國際著名學術期刊Nature。陳之端研究組助理研究員魯麗敏、劉冰，博士研究生葉建飛，博士畢業生楊拓、李洪雷、孫苗，以及南京林業大學毛嶺峰為論文共同第一作者，植物所陳之端研究員，植物所外籍特聘研究員、美國佛羅里達大學教授Pamela S. Soltis和Douglas E. Soltis，以及美國霍普學院教授Jian-Hua Li為共同通訊作者。該研究得到了科技部重大科學研究計劃、國家自然科學基金委重大項目和中國科學院中-非聯合研究中心項目的資助。

中國被子植物屬平均分化時間的空間分布。

從左到右分別表示所有屬、木本屬和草本屬。

a-c：中國被子植物屬的平均分化時間；d-f：每個網格中最年輕25%屬的平均分化時間；g-i：每個網格中最老25%屬的平均分化時間。j-i：零模型檢驗年輕的(藍色網格)和古老的(紅色網格)分化中心。

Abstract：High species diversity may result from recent rapid speciation in a 『cradle』 and/or the gradual accumulation and preservation of species over time in a 『museum』. China harbours nearly 10% of angiosperm species worldwide and has long been considered as both a museum, owing to the presence of many species with hypothesized ancient origins, and a cradle, as many lineages have originated as recent topographic changes and climatic shifts—such as the formation of the Qinghai–Tibetan Plateau and the development of the monsoon—provided new habitats that promoted remarkable radiation. However, no detailed phylogenetic study has addressed when and how the major components of the Chinese angiosperm flora assembled to form the present-day vegetation. Here we investigate the spatio-temporal divergence patterns of the Chinese flora using a dated phylogeny of 92% of the angiosperm genera for the region, a nearly complete species-level tree comprising 26,978 species and detailed spatial distribution data. We found that 66% of the angiosperm genera in China did not originate until early in the Miocene epoch (23 million years ago (Mya)). The flora of eastern China bears a signature of older divergence (mean divergence times of 22.04–25.39 Mya), phylogenetic overdispersion (spatial co-occurrence of distant relatives) and higher phylogenetic diversity. In western China, the flora shows more recent divergence (mean divergence times of 15.29–18.86 Mya), pronounced phylogenetic clustering (co-occurrence of close relatives) and lower phylogenetic diversity. Analyses of species-level phylogenetic diversity using simulated branch lengths yielded results similar to genus-level patterns. Our analyses indicate that eastern China represents a floristic museum, and western China an evolutionary cradle, for herbaceous genera; eastern China has served as both a museum and a cradle for woody genera. These results identify areas of high species richness and phylogenetic diversity, and provide a foundation on which to build conservation efforts in China.