禾本科（Poaceae）梅利卡草属（Melica）及其近缘种的分子系统发育、基因组大小和染色体数目，并对梅利卡属的分类进行了修订

《TAXON》：Molecular phylogeny, genome sizes and chromosome numbers in melic grasses and its relatives (Pooideae, Poaceae) with a revised classification of the genus Melica

基因组进化与分类修订：基于多标记分子系统发育分析，研究确认麦蓝草属（Melica）为单系群，并划分为8个新分类单元。通过染色体计数和流式细胞术分析，发现该属基因组大小在2.13-3.97 pg间波动，且存在显著的系间差异（P≤0.01），但同一家族内变化较小（CV≤4%）。生物地理学显示物种分化与地理分布紧密相关，如北美洲的Bromelica组与欧亚的Agonomelica组。研究修订了传统分类，提出基于分子数据的9个新或修订的亚属（如Uniflorae、Bromelica等），并讨论了基因组扩张与可移动元素的关系。

　　在这项研究中，科学家们对“Melica”属的基因组演化进行了深入分析，并结合分子系统发育数据和广泛的分类学采样，重新定义了该属的分类体系。Melica属是禾本科（Poaceae）Meliceae族中最大的属之一，包含约90种植物，广泛分布于全球温带和亚热带地区。然而，由于历史上对Melica属的分类存在争议，其分类系统经历了多次调整，从最初的形态学和解剖学分类到后来的系统发育分析。这项研究的目标是通过新的系统发育框架，探讨Melica属的基因组演化，并重新审视其分类体系。

### 分类学与系统发育分析

Melica属的分类系统曾被划分为多个亚属和节，但这些分类系统在不同研究中存在冲突。在Hempel的分类体系中，Melica属被分为两个主要的亚属：Melica亚属和Bulbimelica亚属。Melica亚属主要分布在欧洲、亚洲和非洲，而Bulbimelica亚属则主要分布在北美西部和智利中部。Hempel还进一步将这两个亚属划分为9个节和13个亚节，这些节在不同研究中被不同程度地认可。然而，由于Melica属的物种数量庞大且在大多数植物志中具有不同的分类处理，其分类系统长期存在不稳定的问题。

最近的分子系统发育分析，如Khodaverdi等（2023）的研究，使用了核内部转录间隔区（ITS）和叶绿体NADH脱氢酶（ndhF）的序列数据，将Melica属划分为八个主要的分支（clades），其中六个已被之前的分类系统描述，而另外两个则是新定义的节（sect. Melicula stat. nov. 和 sect. Uniflorae stat. nov.）。Melica uniflora被确定为该属中系统发育上最早分化的物种。通过这些分析，研究者们发现Melica属在系统发育上具有较高的单系性（monophyly），这表明该属的物种在进化过程中保持了相对一致的基因组特征。

### 基因组大小与染色体数目

Melica属的基因组大小在不同物种间存在显著差异，但总体上相对较小。大多数物种在二倍体状态下具有基本染色体数目x=9，这表明该属的染色体数目在进化过程中保持了相对稳定性。然而，一些物种如Melica hyalina和Melica uniflora在研究中表现出不同的倍性水平，其中Melica uniflora甚至被发现为六倍体（2n=54），而Melica hyalina则为四倍体（2n=36）。这些发现表明，尽管Melica属的基因组大小相对一致，但在某些物种中仍可能存在倍性变化，这可能是由于染色体复制或丢失等基因组演化事件所致。

此外，研究者们还发现，在Melica属的八个分支中，不同分支的基因组大小存在显著差异。例如，clade B的物种具有较高的基因组大小，而clade H的物种则相对较小。这些差异可能与物种的形态学特征和生态适应性有关，也可能反映了基因组演化的不同模式。

### 生物地理模式与演化机制

通过分析Melica属的生物地理分布，研究者们推测该属的起源可能与欧亚大陆的植物迁徙有关。例如，clade E的物种主要分布在北美，尤其是美国西部，这可能表明该分支的起源与美洲的生物地理历史密切相关。而clade D和clade H的物种则主要分布在东亚，这可能意味着这些分支的演化与亚洲的地理环境和气候条件有关。

研究者们还探讨了基因组大小变化的可能机制，包括染色体复制（polyploidy）和移动DNA元件的增殖或丢失。在许多禾本科植物中，基因组大小的变化通常与倍性变化相关，但在Melica属中，这种变化相对较少。相反，基因组大小的变化可能更多地与移动DNA元件的积累或丢失有关，这可能导致基因组大小的逐渐变化。例如，Melica hyalina的四倍体状态可能反映了基因组大小的扩展，而Melica uniflora的六倍体状态可能代表了基因组的进一步演化。

### 分类修订与系统发育框架

基于新的系统发育框架，研究者们对Melica属的分类进行了修订。他们发现，某些物种可能被错误地归入不同的节中，而另一些物种则可能属于新的节。例如，Melica uniflora被归入新的节sect. Uniflorae stat. nov.，而Melica minuta则被归入sect. Melicella。此外，某些物种如Melica minor和Melica turczaninowiana在系统发育分析中表现出不稳定的分类地位，这可能是由于样本采集的不完全性或分类标准的不一致。

研究者们还发现，某些节的划分可能与之前的分类体系不符，因此需要重新定义这些节。例如，sect. Melicula被重新命名为sect. Melicula stat. nov.，而sect. Uniflorae则被提出作为新的节。这些分类修订旨在更好地反映Melica属的系统发育关系和生物地理模式。

### 研究意义与未来展望

这项研究不仅为Melica属的系统发育提供了新的视角，还揭示了该属基因组大小和染色体数目的多样性。通过分析基因组大小的变化，研究者们能够更深入地理解该属的演化历史，并为未来的分类学研究提供基础。此外，这项研究还强调了移动DNA元件在基因组演化中的潜在作用，这为理解基因组大小变化的机制提供了新的思路。

未来的研究可以进一步扩大样本量，特别是在东亚洲和美洲的Melica属物种，以更全面地揭示该属的生物地理模式和基因组演化过程。同时，结合基因组学和生态学的研究，可以更深入地探讨Melica属的适应性演化和物种分化机制。这些研究将有助于更好地理解该属在禾本科中的进化地位，并为相关植物的分类和保护提供科学依据。