基于全质体基因组解析卫矛属汉密尔顿复合群的时间分化与生物地理格局

本研究通过全质体基因组分析，揭示了卫矛属(Celastraceae)汉密尔顿复合群(E. hamiltonianus complex)的系统发育关系与生物地理历史。研究人员对12个卫矛属物种进行测序，结合13个NCBI数据库物种，利用80个蛋白编码基因构建系统发育树，解决了E. sect. Biloculares分类争议。研究发现汉密尔顿复合群起源于东亚中新世中期(9.65-1.79 Mya)，通过BBM分析揭示了东亚至远东的两次扩散事件，证实了E. sieboldianus与E. hamiltonianus的同物异名关系，为卫矛属分类修订提供了分子证据。

　　

在植物分类学领域，卫矛属(Euonymus)作为卫矛科(Celastraceae)最大的属之一，其复杂的形态变异和广泛的生态适应使得分类界定长期存在争议。特别是汉密尔顿卫矛(E. hamiltonianus Wall.)及其近缘种组成的"汉密尔顿复合群"，由于分布范围横跨东亚、喜马拉雅至欧洲地区，不同地理种群表现出连续的形态变异，导致分类地位模糊不清。更棘手的是，该复合群与欧洲卫矛(E. europaeus L.)等物种存在显著的形态相似性但地理隔离现象，使得研究者对其演化历史和生物地理过程充满疑问。

韩国嘉泉大学生命科学系的研究人员联合国际团队，在《Scientific Reports》发表了突破性研究。他们通过对12个卫矛属物种进行全质体基因组测序，结合13个公共数据库物种，构建了包含80个蛋白编码基因的系统发育框架。研究采用最大似然法(ML)、贝叶斯推断(BI)和多序列比对等分析方法，结合分子钟估算和贝叶斯二元模型(BBM)生物地理重建，首次明确了汉密尔顿复合群的系统位置和分化历史。

关键技术包括：Illumina MiSeq平台进行二代测序，Geneious软件完成质体基因组组装，MAFFT进行多序列比对，BEAST进行分子钟分析，RASP软件进行生物地理重建。样本涵盖韩国Mugab山、克什米尔地区、俄罗斯植物园等多地理来源材料，确保研究的代表性。

系统发育分析：

基于70,236个碱基的矩阵分析显示，汉密尔顿复合群并非单系群，而是由E. hamiltonianus、E. bungeanus、E. maackii和E. sieboldianus组成的进化枝。关键发现是E. sieboldianus嵌套在E. hamiltonianus分支中，支持将其归并为同物异名。欧洲的E. europaeus虽然与复合群有共同祖先，但形成独立分支。所有节点支持率均达100% BS和1.0 PP。

比较基因组学：

质体基因组大小在156,754-158,434 bp之间，呈现典型的四部分结构。ndhF在韩国Mugab山种群中呈现假基因化，rps16在所有研究物种中均缺失内含子。核苷酸多样性分析显示ycf1基因变异最高(π=0.02)，而psbI等基因高度保守。

IR边界变异：

IR区扩张收缩呈现物种特异性，E. verrucosus的IR区扩展至27,201 bp，显著大于近缘种E. pauciflorus(26,318 bp)。复合群内物种IR区长度变异较小(26,322-26,395 bp)，支持其近缘关系。

分化时间估算：

冠群年龄估算为66.3 Mya(95% HPD=35.87-104.5)，汉密尔顿复合群在中新世中期(12.58 Mya)与欧洲近缘种分化，种内分化持续至更新世(1.79 Mya)。E. americanus的东亚起源时间为23.58 Mya，支持白令陆桥扩散假说。

生物地理学：

BBM分析表明复合群起源于东亚(概率0.9)，随后向远东和喜马拉雅地区扩散。东亚记录到25次成种事件，远超过其他地区，证实其为卫矛属多样性中心。

这项研究通过高精度基因组数据解决了卫矛属长期存在的分类争议，特别是明确了汉密尔顿复合群的系统界限和E. sieboldianus的分类地位。分子钟结果将复合群起源定位于中新世气候转型期，为理解东亚植物区系演化提供了典型案例。生物地理重建揭示的"东亚中心"模式，与地质历史上青藏高原隆升和季风增强事件高度吻合，为北半球植物间断分布研究提供了新证据。研究采用的质体基因组比较方法，为其他疑难分类群的系统学研究建立了范式。