《Journal of Systematics and Evolution》：Integrative taxonomy supports DNA barcoding in revealing an abundant cryptic species in the United States Coastal Plain
编辑推荐：
本文推荐研究者采用整合分类学方法，结合多基因座系统发育分析、形态计量学、生态学调查及同质园实验，验证了DNA条形码初步发现的薹草属（Carex）隐存新种Carex gator，并探讨了其与近缘种在形态、遗传、生态上的分化及同域成种（homoploid sympatric speciation）的可能性，为植物隐存多样性研究提供了范例。
引言
地球生物多样性保护面临的主要障碍之一是，即使在历史上已被充分探索的地区，仍有成千上万甚至数百万的动植物物种尚未被发现和描述。薹草属（Carex）羽囊薹草组（sect. Lupululinae）是一个分布于北美东部的小群，包含六个形态显著的物种，长期以来被认为已被充分了解。然而，十多年前一项针对北美薹草的DNA条形码研究意外地揭示了未曾预料到的分子多样性，其中包括一个可能未被描述的隐存种。本研究通过整合多种证据，检验了该实体是否为独立进化谱系的假说。
材料与方法
样本采集覆盖了20个标本馆的馆藏，并进行了广泛的野外调查。研究对薹草属羽囊薹草亚组（subsect. Lupulinae）的所有物种进行了采样，并利用iNaturalist平台观察了超过3000份记录。采集了新鲜标本用于分子和形态学分析，并在温室中进行同质园栽培观察。
遗传分析涉及从112份标本中提取总基因组DNA，扩增了5个质体基因组标记（rps16, rpl32-trnL, ccsA-ndhD, ndhF, matK）和2个核基因组标记（ETS-1f, ITS）。使用最大简约法和最大似然法进行系统发育分析，并评估分支支持度。
形态性状的统计分析基于93个特征（64个测量，29个计算得出），对来自标本馆的标本进行了测量。使用主成分分析和线性判别分析等统计方法，测试新物种在形态上的可区分性。此外，还采用了无监督的高斯混合模型来验证物种的独特性。
结果
遗传分析
串联分子矩阵总长6268 bp，加上54个二进制编码的插入缺失字符。所有物种在联合分析中均呈现为相互单系群，尽管部分节点的支持度较低。新种Carex gator与Carex gigantea形成了强支持的分支。不同标记构建的系统发育树在拓扑结构上存在不一致，可能由于信息位点数量有限或谱系分选不完全所致。
形态计量学研究
监督判别分析实现了高度的物种分离，分类准确率高。当设定五个先验组（对应四个已知种和新种C. gator）时，分类错误率极低。最能区分C. gator和C. gigantea的形态特征包括叶片横隔明显程度、果囊宽度、果实形状比例等。非监督的高斯混合模型在设定为五个簇时，其结果与先验鉴定高度一致。
野外观察
薹草属羽囊薹草亚组的物种在共存时占据不同的微地形生态位，可能与洪水持续时间有关。C. gigantea出现在最深的荫蔽春季池塘和河漫滩沼泽最低处；C. lupuliformis也见于深水区但分布稀少；C. louisianica和C. gator则占据稍高的微海拔位置。C. gator在佛罗里达半岛似乎生态替代了C. louisianica。其分布局限于美国沿海平原生态区，范围最为狭窄。
同质园温室观察
在相同温室条件下，C. gator开花最早，其次是C. gigantea和C. lupuliformis，C. lupulina开花最晚。栽培条件下，C. gator的营养生长旺盛，叶片变宽，但关键的生殖器官鉴别特征保持稳定，与C. gigantea区分明显。
讨论
形态与遗传支持新生物种的存在
通过整合形态计量、遗传变异以及详细的野外和温室观察，本研究证实了美国东南部存在一个新的生物物种。这一发现凸显了在已充分研究的区系中，整合分类学方法对于验证DNA条形码初步结果的重要性。所有物种在形态空间和遗传上都呈现为紧密、不重叠的簇，支持其作为独立物种的地位。
生态分化及其在同域成种中的潜在作用
羽囊薹草亚组的物种虽然共享一些性状，但各自特化了特定的生态位。这种生态特化反映在功能性状上。物种间微小的生态耐受性差异可能导致其对洪水等环境因子的响应不同，进而引起开花物候的差异。这种由非生物因子引起的、可塑的物候分化，如果持续数代，可能通过 assortative mating 促进遗传分化和同域成种。该亚组可能满足同域成种的四个经验标准，是研究这一过程的理想系统。
美国南部沿海平原耐寒薹草类的多样化
薹草属羽囊薹草亚组在物种贫乏的美国南部沿海平原高度多样化的原因，可能与其对营养丰富、季节性淹水的荫蔽生境的专化有关。这些生境在夏季相对凉爽，类似于北方温带地区。洪水驱动的物候隔离可能促进了该谱系及其他类似谱系（如sect. Glaucescentes和sect. Griseae的部分类群）的多样化。
种内变异与杂交
C. gigantea和C. lupulina的种内遗传多样性最高，而C. lupuliformis、C. louisianica和C. gator的遗传和形态均一度较高，可能与它们主要通过营养繁殖有关。尽管在野外发现C. gator的不育果囊比例较高，但遗传标记未检测到杂交迹象。即使在同域生长的情况下，也未发现明显的中间类型，表明存在强大的生殖隔离屏障。
结论
整合分类学方法能有效检验和界定物种边界。本研究在深入研究薹草属羽囊薹草组的过程中，揭示了一个隐存多样性新种——Carex gator。该物种展现出诊断性的形态、分子和生态特征组合。其与近缘种在同域生境中维持清晰的遗传和形态身份，并占据不同的微生境，暗示这可能是由生态或物候分化驱动的同域成种的一个罕见例证。
分类学处理
新种Carex gator被正式描述。其鉴别特征与C. gigantea相似，但叶片更窄，果囊向喙部渐窄，果实形状比例不同。提供了详细的形态描述、生境、分布、物候信息、保护状况评估（建议为无危）以及词源学解释（其种加词"gator"源于其与短吻鳄共享沼泽生境）。同时，提供了薹草属羽囊薹草组所有物种（包括两个亚组）的分种检索表。
