王 達，何關浩，孟 然，孟 盈，WEN Jun，聶澤龍*

(1 吉首大學 生物資源與環(huán)境科學學院，植物資源保護與利用重點實驗室，湖南吉首 416000；2 Department of Botany, National Museum of Natural History, Smithsonian Institution, Washington, DC, 20013-7012, U.S.A.)

葡萄科(Vitaceae)隸屬于雙子葉植物綱薔薇亞綱，包括16屬近1 000種，主要分布在亞洲、非洲、以及北美洲的熱帶地區(qū)，少數(shù)屬分布在溫帶地區(qū)[1-2]。葡萄科植物多為木質(zhì)藤本，其卷須與葉對生，是該科的重要形態(tài)特征，卷須是在花序基礎上進化而來，以提高該科植物的攀附能力，加強對各種生態(tài)環(huán)境的適應能力[3]。近年來系統(tǒng)學工作者對葡萄科屬的界定、屬內(nèi)分類以及生物地理演化開展了大量研究[4-7]。Soejima和Wen[8]首次使用3個葉綠體數(shù)據(jù)構建了葡萄科5個分支的整體系統(tǒng)框架，隨后基于多個核基因和葉綠體標記的系統(tǒng)發(fā)育分析也得到了類似結果[4]?；谙乱淮咄繙y序的基因組數(shù)據(jù)進一步支持將葡萄科分成5個族[2]：即蛇葡萄族(Ampelopsideae)、爬山虎族(Parthenocisseae)、葡萄族(Viteae)、白粉藤族(Cisseae)和烏蘞莓族(Cayratieae)。蛇葡萄族是葡萄科分化出的第一支，族下包括狹義蛇葡萄屬(Ampelopsiss. str.)、羽葉蛇葡萄屬(NekemiasRaf.)、RhoicissusPlanch.和ClematicissusPlanch.等4個屬[7]。

原蛇葡萄屬最初于1803年由André Michaux提出，只包括了A.bipinnata、A.cordata和A.quinquefolia等3個種[9]。Bunge根據(jù)卷須形態(tài)和花瓣特征發(fā)表了A.aconitifolia、A.humulifolia和A.serianaefolia等3個東亞地區(qū)的物種[10]。Planchon對原蛇葡萄屬分類學地位和形態(tài)特征進行了研究，將原蛇葡萄屬作為屬的地位歸于葡萄科下，屬內(nèi)分為14個種，進一步界定了各個種的形態(tài)特征和分布范圍[11]。Baileri在前面的基礎上對原蛇葡萄屬的卷須、葉序、花序、子房以及花盤的形態(tài)進行了更詳細的描述，認為原蛇葡萄屬在形態(tài)上與葡萄屬、爬山虎屬和白粉藤屬有明顯區(qū)別，并對屬下進行了更詳細分類。根據(jù)葉序分為單葉組、掌狀葉組和羽狀葉組，在此基礎上，還對單葉組葉下表面的顏色及是否存在絨毛進行了更詳細的鑒定，對羽狀葉組的葉緣鋸齒進行了詳細鑒定。在此分類基礎上定義了原蛇葡萄屬的各個種之間的形態(tài)差異，對后來的原蛇葡萄屬分類提供了重要參考[12]。Galet基于先前的研究基礎對原蛇葡萄屬的葉序形態(tài)研究認為，原蛇葡萄屬下分為2個組：羽狀復葉組Leeaceifoliae和單葉或掌狀復葉組Ampelopsis[13]。Bernard對原蛇葡萄屬的腋芽形態(tài)進行了鑒定，結果表明Leeaceifoliae組的腋芽形態(tài)和葡萄屬的Vitisvinifera相似，具有復雜的腋芽模式，而Ampelopsis組的腋芽為連續(xù)分布模式[14]。

原蛇葡萄屬的分類地位得到了上述多位分類學家的支持，但是其屬內(nèi)的關系仍然存在一定的爭議，傳統(tǒng)分類學并沒有很好地解決這個問題，直到基于分子數(shù)據(jù)的系統(tǒng)學研究出現(xiàn)，才有效地界定了蛇葡萄屬內(nèi)各個種的關系?；?個葉綠體的系統(tǒng)發(fā)育分析，發(fā)現(xiàn)原蛇葡萄屬不是一個單系類群，來自非洲的Rhoicissus的2個種與南美的Cissusstriata復合群嵌套于原蛇葡萄屬中，并與原蛇葡萄屬的Ampelopsis組構成一支，而Leeaceifoliae組單獨構成另外一支，這兩支互為姊妹類群[8]。Wen利用核基因GAI1片段的系統(tǒng)發(fā)育分析得到了類似結果，不同之處在于Rhoicissus的2個種與Cissusstriata構成的復合群和Leeaceifoliae組關系更近[1]。基于4個葉綠體基因聯(lián)合數(shù)據(jù)對原蛇葡萄屬進行系統(tǒng)發(fā)育分析得出的結果也支持將原蛇葡萄屬分為兩支，分別對應Leeaceifoliae組和Ampelopsis組[15]?；谙惹暗姆肿訑?shù)據(jù)，Wen將Leeaceifoliae組的9個種及1個變種分離出去構成羽葉蛇葡萄屬(NekemiasRaf.)，Ampelopsis組構成現(xiàn)在的狹義蛇葡萄屬(Ampelopsiss. str.)[16]?；谵D錄組數(shù)據(jù)的系統(tǒng)發(fā)育分析和基于Hyb-seq測序數(shù)據(jù)的系統(tǒng)發(fā)育分析均支持將羽葉蛇葡萄屬從原蛇葡萄屬中分離[17-18]。

狹義蛇葡萄屬為落葉木質(zhì)藤本，是葡萄科中少數(shù)分布在溫帶地區(qū)的類群，總共約15～18個種，除了北美2種和歐洲3種以外，其余種類都分布在東亞，呈典型的北溫帶間斷分布模式[19]。蛇葡萄屬卷須通常2～3分叉，末端無吸盤(北美的A.cordata除外)，葉通常為單葉或掌狀復葉，果實通常為近球型，單果種子1～4顆，種子在被子植物中是獨特的，其腹部具有1對皺褶，背部有1個凸起的合點[20-21]?；?個葉綠體標記的系統(tǒng)發(fā)育分析在族水平上對狹義蛇葡萄屬的系統(tǒng)發(fā)育和生物地理演化進行了進一步的研究，其系統(tǒng)發(fā)育分析結果支持北美的A.cordata和A.denudata位于狹義蛇葡萄屬的基部，所有東亞類群形成一支和歐洲的A.orientalis互為姊妹類群。在東亞支系中，藍果蛇葡萄(A.bodinieri)和尖齒葉蛇葡萄(A.acutidentata)形成一支位于亞洲類群的基部，白蘞(A.japonica)單獨位于亞洲分支的第二支，其他亞洲類群分成兩小支嵌在亞洲分支的內(nèi)部。和系統(tǒng)發(fā)育的結果相對應，其生物地理演化分析結果支持蛇葡萄族的祖先起源于始新世中期的北美，在漸新世沿北大西洋陸橋擴散至歐亞大陸[15]。

雖然狹義蛇葡萄屬的系統(tǒng)關系和生物地理演化模式在先前的研究中得到了一定的闡明，但其并沒有著重討論狹義蛇葡萄屬內(nèi)的系統(tǒng)關系，且東亞類群內(nèi)部的演化機制沒有得到闡明。所以為了更好地了解狹義蛇葡萄屬內(nèi)部各個種的系統(tǒng)發(fā)育關系以及東亞類群的演化特點，還需要對其進行更完整的取樣。本研究通過加強對東亞類群的取樣，利用2個核基因(GAI1和ITS)和5個葉綠體標記(trnL-F、rps16、psbA-trnH、atpB-rbcL和trnK-petN)，首先驗證狹義蛇葡萄屬的單系性，并重建狹義蛇葡萄屬的系統(tǒng)發(fā)育框架，特別是探究狹義蛇葡萄屬東亞支系的系統(tǒng)演化關系與生物地理演化特點，為進一步研究它們在北半球的生物地理進化歷史提供基礎。

1 材料和方法

1.1 材料選擇與分子測序

本研究參考先前研究中狹義蛇葡萄屬及外類群的界定結果，選取了狹義蛇葡萄屬內(nèi)12個種和3個變種的37個樣本(表1)，對核基因GAI1和ITS、葉綠體基因rps16及葉綠體基因間隔序列(psbA-trnH、atpB-rbcL、trnK-petN和trnL-F)進行測序。取樣涵蓋了大多數(shù)現(xiàn)存蛇葡萄屬的類群，能很好地代表了狹義蛇葡萄屬各個種的地理多樣性和形態(tài)多樣性。為了更為全面的取樣和綜合利用目前已有的數(shù)據(jù)，從GenBank上獲取缺失或取樣較少的狹義蛇葡萄屬5個種的7個樣本，以及同族的外類群Rhoicissus(1種)，Clematicissus(1種)及羽葉蛇葡萄屬(5個種)的上述序列的數(shù)據(jù)(表2)。

本研究所用的狹義蛇葡萄屬植物材料源于野外采集或苗圃培養(yǎng)，憑證標本現(xiàn)存于中國吉首大學植物標本館和美國國家標本館。用改進的CTAB法[22]從硅膠干葉或植物標本中提取總DNA。葉綠體基因擴增和測序參照Soejima和Wen[8]和Liu等[23]對rps16、trnL-F、trnC-petN、atpB-rbcL和psbA-trnH的處理方法，核基因的GAI1和ITS參照Liu等[24]的方法。

1.2 系統(tǒng)發(fā)育分析

在獲得整理好的數(shù)據(jù)后，先使用Muscle 3.8.31[25]分別對每個分子標記進行比對，輔之手動微調(diào)。采用最大似然法[26]和貝葉斯推導法[27-28]對2個核基因數(shù)據(jù)(ITS和GAI1)和5個葉綠體片段數(shù)據(jù)(trnL-F、aptB-rbcL、trnK-petN、psbA-trnH和rps16)單獨進行系統(tǒng)發(fā)育分析。參照先前研究處理方法[29-30]，將核基因與葉綠體基因進行聯(lián)合處理，使用PAUP 4.0[31]對葉綠體與核基因數(shù)據(jù)進行一致性檢驗，結果為P=0.33，支持將葉綠體數(shù)據(jù)和核基因數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析。

首先用RAxML 7.2.6[32-33]推導最大似然樹。所有聯(lián)合分析的數(shù)據(jù)被劃分成對應分子片段分區(qū)，允許對每個分區(qū)進行獨立參數(shù)估計。所有的分析對每個分區(qū)都采用了GTRGAMMA模型。用bootstrap=1 000次對進化支進行置信度評估。貝葉斯分析用MrBayes[34]，用MrModeltest2.3[35]檢驗確定的核苷酸最佳替代模型，并且對聯(lián)合數(shù)據(jù)進行分區(qū)處理，每個分區(qū)采用獨立參數(shù)估計。貝葉斯分析從隨機樹開始，采用4 條鏈1 000萬代的馬爾可夫鏈-蒙特卡羅算法，每1 000代保留一棵樹，舍棄初始樣本(burn in=2 500)后，根據(jù)剩余的樣本構建一致性綜合樹。重復運算2次以檢驗其收斂性，最后將后驗概率PP>95%的分支視為可信度高。

1.3 形態(tài)性狀演化分析

葉形態(tài)性狀是狹義蛇葡萄屬物種的重要鑒定依據(jù)，參考Baileri[12]對狹義蛇葡萄屬葉形態(tài)的研究利用Mesquite 3.51的MK1進化模型，對狹義蛇葡萄屬的葉序、葉表面是否有絨毛以及葉緣鋸齒的形態(tài)3組形態(tài)性狀進行演化分析。葉序分為單葉不裂或淺裂、單葉中裂或深裂、掌狀復葉3種狀態(tài)。葉表面的絨毛特征分為葉兩面無絨毛、葉下表面有疏絨毛、兩面均有疏絨毛3種狀態(tài)；葉緣的鋸齒形態(tài)分為葉緣粗鋸齒或葉緣細鋸齒2種模式。將以上數(shù)據(jù)進行賦值后，映射到聯(lián)合數(shù)據(jù)構建的貝葉斯上進行分析。

表1 用于狹義蛇葡萄屬系統(tǒng)發(fā)育分析的樣本信息

1.4 生物地理研究

利用Beast2對狹義蛇葡萄的分化時間進行估算。另外參考Wen等[2]研究結果，從GenBank中收集了葡萄科的外類群火筒樹科的一個種，葡萄科下的其他屬的6個種的序列(表2)并結合上述使用的聯(lián)合數(shù)據(jù)構建最大似然樹用于時間估算。參照Magallón等的結果[36]，將葡萄科根部校準為90.65百萬年前，并選用Nie等[15]的分歧時間估算結果，將蛇葡萄族根部進行校準為(41.2±4)百萬年前，時間標定均選用Normal計算模型。利用松散分子鐘模型，tree prior選用Yule Model，以隨機數(shù)作為起始，4條馬爾科夫鏈(MCMC)同時迭代計算20 000 000代，每1 000代進行一次取樣，將開始的25%樣本作為burn in舍棄。用Tracer v1.7.1 (https://beast.bio.ed.ac.uk/software/tracer/)檢驗結果的平穩(wěn)性和收斂性。

表2 從GenBank上收集的狹義蛇葡萄屬及其外類群系統(tǒng)發(fā)育分析的序列信息

使用RASP[37]重建狹義蛇葡萄屬的祖先地理分布，參數(shù)設置參考Ma等[18]的處理方法，使用BBM(Bayesian Binary MCMC)獨立分析2次，每次運行10條馬爾科夫MCMC鏈，同時進行隨機取樣，每條MCMC鏈運行100 000個循環(huán)，溫度設定為0.1以保證各個鏈具有合適的活躍度。根據(jù)狹義蛇葡萄屬以及其近緣類群的分布特點，生物地理分析的分區(qū)劃分為：北美(A)、歐洲及西亞(B)、東亞(C)、澳洲(D)和非洲(E)。根據(jù)現(xiàn)有類群的分布特點，祖先分布區(qū)范圍的最大分布地被限制為2個。

2 結果與分析

2.1 系統(tǒng)發(fā)育

分子序列特征參數(shù)如表3所示，在比對好的核基因序列中，GAI1、ITS長度分別為1 407和800 bp，葉綠體基因序列rps16為800 bp，葉綠體基因內(nèi)含子區(qū)域trnL-F、trnC-petN、psbA-trnH、atpB-rbcL長度分別為989、887、501和784 bp。其中核基因序列的變異相對較高，葉綠體的相對較低(表3)。

表3 狹義蛇葡萄屬2個核基因和5個葉綠體分子數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集特征

系統(tǒng)發(fā)育分析結果顯示，最大似然樹和貝葉斯樹的拓撲結構基本一致，貝葉斯樹總體的支持率較高且具有更好的代表性。在系統(tǒng)發(fā)育結果中，葉綠體基因樹(圖1，A)、核基因樹(圖1，B)、聯(lián)合樹(圖2)的拓撲結構都強有力地支持狹義蛇葡萄屬是一個單系類群(PP1A=1.00，LB1A=82%，PP1B=1.00，LB1B=100%)。來自新世界的A.denudata和北美蛇葡萄分別為狹義蛇葡萄屬的第一支(PP1A=1.00，LB1A=100%，PP1B=1.00，LB1B=100%)和第二支(PP1A=1.00，LB1A=98%，PP1B=1.00，LB1B=100%)。葉綠體基因樹和聯(lián)合樹都支持所有的亞洲類群形成一個分支(PP1A=1.00，LB1A=86%)，并且和歐洲的A.orientalis互為姊妹類群(PP1A=1.00，LB1A=96%)。盡管未能收集到A.orientalis的核基因數(shù)據(jù)，但是葉綠體基因樹和聯(lián)合樹的拓撲結構仍然能很好地支持本研究結果。在核基因樹(圖1，B)中，整個東亞類群的關系都是模糊的，白蘞位于亞洲類群的基部(PP1B=100%，LB1B=100%)，其他的東亞類群之間的系統(tǒng)關系都沒有得到解決。葉綠體樹和聯(lián)合樹中有相對較好的拓撲結構，葉綠體樹(圖1，A)的拓撲結構支持將東亞的類群主要分為分支 1(PP1A=0.99)和分支 2兩大支(PP1A=0.69)。聯(lián)合樹與葉綠體樹有著相近的拓撲結構，但是葉綠體樹分辨率更高，所以我們討論中主要參考葉綠體數(shù)據(jù)的結果。

2.2 形態(tài)演化

祖先特征重建結果(圖3)揭示掌狀復葉是狹義蛇葡萄屬的祖征，單葉是衍征；下表面細微絨毛是祖征，葉兩面無毛和兩面均有細微絨毛是衍征；葉緣鋸齒粗細的祖征在數(shù)據(jù)中并沒有很好的驗證。形態(tài)性狀分析表明所有性狀在本屬內(nèi)都經(jīng)歷了多次獨立的演化。

2.3 生物地理

狹義蛇葡萄屬的分歧時間結果如圖4所示，北美類群和歐亞類群的分歧時間為26.01百萬年前，歐洲類群和東亞類群分歧時間19.32百萬年前，東亞類群內(nèi)部的兩支的分歧時間為13.87百萬年前。RASP分析結果表明狹義蛇葡萄屬的祖先的分布區(qū)域在北美，大約在漸新世晚期遷移擴散到歐洲，中新世早期到達東亞并進行快速分化(圖5)。

3 討 論

3.1 系統(tǒng)發(fā)生關系

通過對狹義蛇葡萄屬5個葉綠體和2個核基因分子數(shù)據(jù)的獨立分析，以及葉綠體數(shù)據(jù)和核基因數(shù)據(jù)聯(lián)合分析重建了狹義蛇葡萄屬的系統(tǒng)發(fā)育框架，其結果均支持狹義蛇葡萄屬的單系性。這與基于3個葉綠體數(shù)據(jù)的研究結果相一致[8]，也與綜合核基因以及基因組數(shù)據(jù)的系統(tǒng)發(fā)育結果一致[17-18]。狹義蛇葡萄屬分為3個主要的進化支系，首先分化出來的為來自墨西哥的A.denudata，其次是來自北美的北美蛇葡萄(A.cordata)，最后是來自歐洲的A.orientalis與所有來自東亞的類群組成的一大支互為姊妹類群。這個結果與該屬在北美、歐洲和亞洲的地理分布模式相吻合，進一步印證了先前研究結果中認為狹義蛇葡萄屬起源于北美的結論[15]。

與之前的分子數(shù)據(jù)結果一致[15]，葉綠體分子數(shù)據(jù)和核基因數(shù)據(jù)都強烈支持東亞類群單獨構成一支。但可能是由于核基因的信息位點不足或者狹義蛇葡萄屬早期存在基因滲透，導致了核基因樹中東亞類群內(nèi)部各個支的分辨率不高，各個類群互相嵌在一起，因此目前核基因數(shù)據(jù)對狹義蛇葡萄屬東亞類群系統(tǒng)關系不具備很好的參考價值。而葉綠體數(shù)據(jù)的結果則相對較好地將東亞類群分為兩大支。分支1的蛇葡萄(A.glandulosa)和三裂蛇葡萄(A.delavayana)多個樣本互相嵌在一起，可能是這兩個種之間存在一個長期的雜交進化關系所造成的。這兩個種均在中國東南至西南部廣泛分布，高度重疊的分布范圍為兩個種之間的雜交提供了先決條件。且其花期均為8～10月，花的形態(tài)、結構都存在高度的相似性[20]。綜合分子數(shù)據(jù)結果和上述條件，推測這兩個種間存在較大的雜交滲透可能性。分支2中，藍果蛇葡萄、異葉蛇葡萄(A.glandulosavar.heterophylla)以及尖齒蛇葡萄有著更近的系統(tǒng)關系，但是它們各自的系統(tǒng)關系不清楚，這3個種之間的親緣關系仍需要進一步研究。另外，東亞支系兩個分支呈現(xiàn)了一個明顯的地理分布梯度，其中分支1的11個樣本主要分布于中國偏西南的地區(qū)，分支2的樣本主要分布于中國東南至華北地區(qū)。東亞支系兩個主要演化支之間的分布重疊邊界主要在湖南、湖北和陜西等地，大致符合東亞植物區(qū)系內(nèi)中國-日本森林亞區(qū)和中國-喜馬拉雅森林亞區(qū)的分界線[38]。中國-日本森林亞區(qū)從白堊紀以來，沒有經(jīng)歷過大規(guī)模的地質(zhì)環(huán)境改變，水平分布明顯，受濕潤的東亞季風影響，生態(tài)環(huán)境相對穩(wěn)定。中國-喜馬拉雅森林亞區(qū)地形復雜，且存在較多的天然避難所，地形垂直變化大，板塊運動引起了地形持續(xù)且快速上升，且該亞區(qū)氣候條件復雜多變，同時受到印度季風和東亞季風的影響，從而導致了這兩個森林亞界之間的植物區(qū)系的生境條件有著較大的差異[38]，這兩個亞區(qū)之間地形地貌和氣候條件的差異可能是導致東亞分支內(nèi)兩小支分裂的重要因素。

3.2 葉形態(tài)性狀演化的復雜性

在葡萄科內(nèi)，葉的形態(tài)性狀是一個重要的分類特征，是經(jīng)典分類學對原蛇葡萄屬內(nèi)各個種界定的主要依據(jù)[39]。形態(tài)分析結果表明掌狀復葉是狹義蛇葡萄屬內(nèi)葉形態(tài)的祖征，單葉淺/不裂至深裂為衍征。在北美類群中，掌狀復葉(A.denudata)和單葉(北美蛇葡萄)分成了兩支，復葉的祖先擴散至歐亞大陸。而在亞洲分支內(nèi)部，掌狀復葉的種和單葉的種混合分布，各個節(jié)點間的葉序形態(tài)經(jīng)歷了多次的獨立進化事件。另外在葉表面的稀疏絨毛有或無以及葉緣為尖銳鋸齒型或粗鋸齒的形態(tài)演化樹中，各個種的形態(tài)特征均沒有與分子結果相對應。例如在葉綠體數(shù)據(jù)和聯(lián)合數(shù)據(jù)表明東亞內(nèi)部種間的系統(tǒng)關系呈現(xiàn)明顯的地域性，與各個種之間的形態(tài)特征沒有明顯關系。這說明葉形態(tài)特征的變化可能與生境的不同或變化有關系，并沒有反映它們內(nèi)在的系統(tǒng)演化關系。葉形態(tài)在一定程度上受小生境的影響，具有一定的表型可塑性[40]。此外，葉形態(tài)還會受到溫度、光照、水分等多個條件因素的影響，甚至可以通過改變環(huán)境迫使同一植株中同時存在兩種或多種葉片形態(tài)，例如人魚藻屬(Proserpinaca)、毛茛屬(Ranunculus)和水蓑衣屬(Hygrophila)等屬的植物葉的形態(tài)均有這種現(xiàn)象[41]。因此狹義蛇葡萄屬內(nèi)葉形態(tài)可能不是一個很好的分類學依據(jù)，還有待進一步的研究來揭示葉形態(tài)在狹義蛇葡萄屬內(nèi)的演化規(guī)律。

3.3 狹義蛇葡萄屬的北美起源及在東亞的生物地理演化特點

早在第三紀大量新進化的植物類群在溫暖的氣候條件下于北半球快速蔓延[42]，由于其位于北半球以及其多數(shù)類群都具有喜溫性，Wolfe[43]將其命名為泛北熱帶植物群。相較于位于高緯度的白令陸橋，喜溫植物更可能通過北大西洋陸橋在新舊世界之間擴散[44-45]。盡管漸新世晚期北大西洋陸橋已經(jīng)斷裂，但據(jù)先前的研究表明，北熱帶植物群仍然能通過陸橋斷裂后留下的島嶼進行交流[46]。狹義蛇葡萄屬在分布模式和擴散時間上均和上述擴散模式相吻合，所以我們推斷其可能是通過當時泛北熱帶植物區(qū)系帶，從北美通過北大西洋路橋擴散至歐洲，這也與先前的研究結果一致[15]。而在歐亞大陸，特提斯海的退卻開放了歐洲和東亞之間的植物交流通道[47]，狹義蛇葡萄屬可能是在中新世早期沿著特提斯海退卻后的通道擴散進入亞洲。當時喜馬拉雅山脈和青藏高原還未完全抬升，在喜馬拉雅山脈南麓還存在喜溫植物森林帶，這為歐洲和東亞之間的物種交流提供了可能性[48]。晚新生代的全球降溫和喜馬拉雅山脈的進一步抬升導致了歐亞植物交流通道關閉[48]，至此狹義蛇葡萄屬歐洲支系和東亞譜系分裂，形成了北半球間斷分布格局。

狹義蛇葡萄屬祖先在中新世早期抵達東亞后，經(jīng)歷了一個快速分化與適應性輻射進化的過程，在較短的地質(zhì)時期(約1300萬年)內(nèi)物種多樣性明顯增加，使得東亞成為本屬的分化中心。眾所周知，適應性輻射進化是植物適應劇烈變化的地理環(huán)境和氣候條件的一種有效機制[49]，如中新世早期的地質(zhì)運動和季風氣候的加強導致了葡萄科的葡萄屬(Vitis)的適應性輻射進化[18]。中新世早期印度洋板塊和歐亞大陸板塊持續(xù)碰撞引起了喜馬拉雅山脈隆起和青藏高原抬升，并在中國西南部引起了多次造山運動，不僅造成了中國-喜馬拉雅森林亞區(qū)和中國-日本森林亞區(qū)在地理環(huán)境上的差異，還進一步導致了東亞季風氣候的加強[48]。持續(xù)的地質(zhì)和氣候的變化造成了中國-喜馬拉雅森林亞區(qū)和中國-日本森林亞區(qū)之間生境異質(zhì)性的差異[38]。地質(zhì)環(huán)境的改變和季風氣候的形成不僅提高了狹義蛇葡萄屬的物種形成率，同時也可能導致了分布在中國-喜馬拉雅森林亞區(qū)(分支1)和中國-日本森林亞區(qū)(分支2)的狹義蛇葡萄屬兩小支分離。

此外，東亞的山脈多為東西分布，這阻止了第四紀冰川向南遷移[50]，有效地降低了冰川作用對東亞植物類群的影響，山脈之間的地理隔離和生態(tài)分化提供了適合物種形成的間斷地[51]，這些地理因素的影響進一步被中新世晚期的氣候變化所放大[52]。晚新生代的全球變冷導致了整個北半球高緯度的狹義蛇葡萄屬祖先滅絕，并驅(qū)使經(jīng)歷滅絕事件后孑遺的狹義蛇葡萄屬祖先向南遷移，相比較于當時的歐洲和北美，東亞地區(qū)擁有更高的地理多樣性，且具有更多的避難所和較低的滅絕率[53-54]。綜上所述，狹義蛇葡萄屬在東亞地區(qū)高的物種多樣性是東亞地區(qū)地質(zhì)事件和氣候變化以及東亞地區(qū)的植被連續(xù)性共同作用所導致的。本研究在先前的基礎上，探討了狹義蛇葡萄屬的北美起源，隨后通過北大西洋路橋遷移至歐亞大陸，并進一步闡明了狹義蛇葡萄屬從歐洲擴散至東亞的路徑以及其在東亞地區(qū)高物種多樣性的原因，研究結果可為北半球間斷分布植物的生物地理研究以及其在東亞地區(qū)植物的適應性輻射進化研究提供參考。

4 結 論

狹義蛇葡萄屬是葡萄科少有的北溫帶類群，具有重要的生物地理學研究意義。本研究結果支持狹義蛇葡萄屬是一個單性系，A.denudata和北美蛇葡萄位于狹義蛇葡萄的第一支和第二支，這也與狹義蛇葡萄屬起源于北美的理論吻合。所有東亞類群構成一支并與歐洲的A.orientalis互為姊妹類群。葉綠體數(shù)據(jù)揭示東亞類群內(nèi)部主要分為兩支，分支1內(nèi)蛇葡萄和三裂蛇葡萄內(nèi)存在長期的雜交進化關系，分支 2的藍果蛇葡萄、異葉蛇葡萄以及尖齒蛇葡萄有著更近的系統(tǒng)關系。狹義蛇葡萄屬的葉形態(tài)性狀經(jīng)歷了多次獨立進化，導致了葉的形態(tài)與系統(tǒng)進化沒有明顯的關系，形態(tài)變異可能與小生境多樣化相關。生物地理研究揭示了狹義蛇葡萄屬始新世中期起源于北美，漸新世晚期通過北大西洋路橋擴散至歐洲，中新世早期沿著特提斯海退卻后的喜溫植物森林帶遷移擴散至東亞。東亞地區(qū)具有較高物種多樣性，可能與其在中新世的高物種形成率和其受晚新生代冰川影響相對較小有關。但狹義蛇葡萄屬在東亞地區(qū)的演化關系復雜，仍然需要進一步研究，特別是需要其基因組數(shù)據(jù)來進行更準確的系統(tǒng)發(fā)育分析。