基于Angiosperms353探针集靶向富集（Targeted Enrichment）与多物种溯祖（Multispecies Coalescent）方法的百部科(Thesium属(桑寄生科Santalaceae))系统发育与属下分类修订

《TAXON》：A phylogenomic analysis and revised infrageneric classification of Thesium (Santalaceae)

　　

摘要：Thesium L.（桑寄生科Santalaceae，百部族Thesieae）是旧世界分布的大属，包含约330个已描述的半寄生草本和亚灌木种，此前属下分类系统混乱且系统发育关系因不完全谱系分选（Incomplete Lineage Sorting, ILS）与杂交而模糊不清。本研究采用Angiosperms353探针集对Thesium属106个物种（代表约32%的属内多样性）及5个外类群进行目标富集测序（Targeted Enrichment），利用HybPiper进行序列组装与恢复，经HybPhaser过滤低覆盖位点和疑似旁系同源序列后，基于322个核基因位点的超级重叠群（Supercontigs，外显子+侧翼内含子）构建基因树，并采用多物种溯祖方法（ASTRAL?III）推断物种树。结果显示Thesium属为单系群，与Lacomucinaea和Osyridicarpos构成姐妹群关系；先前定义的Thesium subg. Discothesium为并系，据此建立新亚属Thesium subg. Spinosa subg. nov.（模式：T. spinosum L.f.）并重新界定subg. Discothesium的范围，使六个亚属均为单系；研究确认Thesium subg. Hagnothesium、subg. Thesium、subg. Frisea和subg. Psilothesium的单系性，并将属内划分为6个亚属和18个组（Sections），其中8个为新描述的组，2个组由较低分类等级提升；前归入Thesidium、Chrysothesium、Kunkeliella和Austroamericium的类群均嵌套于Thesium内，支持将其并入Thesium以维持属的单系性。约60%的样本显示潜在杂交起源信号。本研究首次在Thesium属中应用Angiosperms353靶向富集方法，为属内关系提供了比以往基于少数分子标记更高的分辨率，并为后续生物地理学与分类修订奠定框架。

研究背景与目的

Thesium L. 是桑寄生科(Santalaceae)百部族(Thesieae)中的大属，约有330个已描述物种，主要分布于非洲（尤其开普植物区Greater Cape Floristic Region, GCFR）、欧亚大陆及南美洲，为半寄生草本或亚灌木。历史上曾将Chrysothesium、Kunkeliella、Thesidium、Austroamericium作为独立属处理，但分子证据倾向于将其并入Thesium。既往基于ITS、matK、trnL?F等少量分子标记的 phylogeny 存在分辨率不足、主干支支持率低的问题，且Thesium subg. Discothesium 的界限与单系性存疑，属下分组（亚属与组）长期缺乏稳健的分子系统学支撑，不完全谱系分选（ILS）与可能的杂交更增加了分类复杂性。为此，研究人员使用Angiosperms353探针集对Thesium属展开大规模核基因靶向富集测序和系统发育重建，旨在检验该方法在Thesium中的适用性，获得高支持率的系统发育树，并据此提出修订的属下分类系统。

主要技术方法

研究人员选取Thesium属106个物种（137份样本，约占属内多样性的32％）及Buckleya、Lacomucinaea、Osyridicarpos、Viscum共5份外类群样本，材料来源于硅胶干燥活体、腊叶标本、DNA库及公共数据库。采用CTAB法提取总基因组DNA，使用Angiosperms353（v.1, Arbor Biosciences）探针文库进行杂交捕获，在Illumina平台进行2×150 bp双端测序。用HybPiper v.2.2.0进行读段比对与序列拼接获取超级重叠群（Supercontigs = exon + flanking intron），通过HybPhaser v.2.0按阈值过滤低覆盖样本/位点及去除疑似旁系同源位点（最终保留322个位点）。以IQ?TREE v.2.0对每个位点比对构建基因树（超快Bootstrap 1000次重复，自动模型选择?m MFP），用Newick Utilities裁剪支持值<10%的分支，再通过ASTRAL?III进行多物种溯祖（Multispecies Coalescent）分析获得物种树并计算四分体一致性得分（Quartet Score, QS）与局部后验概率（Local Posterior Probability, LPP）。部分样本先用TreeShrink剔除离群基因树后二次运行ASTRAL。

研究结果

— Data recovery（数据恢复）

Angiosperms353探针在Thesium中平均恢复336个位点（共353个，95.2%位点序列长度>50%靶长），中位靶上 reads比例为12.9%。HybPhaser过滤后去除5个低质量位点。杂合性与等位基因分歧度散点图提示超过60%（约60%以上）的样本可能为杂交起源。表明Angiosperms353靶向富集适用于Thesium属的深度系统发育研究。

— Sequence alignment and data analyses（序列比对与数据分析）

最终322个核基因比对矩阵总长307,998 bp，简约信息位点比例47.1%。ASTRAL物种树各主干节点除一个节点外均具高或中等四分体一致性（QS≥50）及高局部后验概率（LPP≥0.7或1.0）。

— Topology（拓扑结构）

Thesium属获全支持单系，姐妹于Lacomucinaea+Osyridicarpos分支。属内六个主要分支（相当于六个亚属）获全支持：subg. Hagnothesium 姊妹于subg. Thesium（含sect. Kunkeliella为subg. Thesium基部支）；原归入Thesidium之种即subg. Hagnothesium；原Chrysothesium类群（如T. cilicicum）在subg. Thesium的sect. Chrysothesium中为并系；原Austroamericium类群嵌于subg. Psilothesium的sect. Psilotoidia/Psilothesium中；原Kunkeliella类群为subg. Thesium的sect. Kunkeliella，是其基部支。原subg. Discothesium（sensu Zhigila et al. 2020）为并系，其中的三刺状叶类群（T. spinosum等）构成最早分化支，遂新建subg. Spinosa，余下限定为修订后的subg. Discothesium（仅含T. galioides与T. hystrix类群），确保六亚属皆单系。

— Generic concepts（属级概念）

分子与形态证据支持Thesium（含Austroamericium、Chrysothesium、Kunkeliella、Thesidium）的单系性，维持Lacomucinaea与Osyridicarpos为分开的属。

— Infrageneric classification（属下分类）

确认subg. Hagnothesium（南非GCFR特有，四基数雌雄异株花—为独征）、subg. Thesium（广布欧‐亚‐非‐澳，五基数两性花）、subg. Frisea（南非为主，沟槽茎，扭曲胎座柱）、subg. Psilothesium（热带‐亚热带非洲为主，直胎座柱）的单系性；修正subg. Discothesium范围并建subg. Spinosa（南非开普三地种，叶硬化成刺）。承认subg. Thesium含5个组：sect. Kunkeliella（加那利群岛，灌木/亚灌木，肉质果）、sect. Chrysothesium（西亚‐东欧，具网纹果）、sect. Humilia（stat. nov.，地中海一年生T. humile）、sect. Thesium（欧洲广布，含模式T. alpinum）、sect. Orientale（sect. nov.，亚洲为主，含澳洲T. australe）。subg. Discothesium含sect. Discothesium（攀缘亚灌木，聚伞花序）与sect. Hystrix（sect. nov.，旱生灌木，常具刺枝）。subg. Frisea含7个组：sect. Scirpioidea（sect. nov.，真穗状花序，鳞叶）、sect. Nigromontanum（sect. nov.，无顶簇毛或偶见）、sect. Subglabra（stat. nov.，果基具五条隆起脉）、sect. Barbata（A.W.Hill，花被片顶端具簇毛）、sect. Foliacea（sect. nov.，叶发达，头状或密锥花序，花被片顶端具簇毛）、sect. Stricta（sect. nov.，高大草本，顶生伞房/头状花序，无顶簇毛）、sect. Frisea（具花被内环状向下毛—独征）。subg. Psilothesium含4个组：sect. Confinia（sect. nov.，南非草原，鳞叶，短穗）、sect. Gnidiacea（sect. nov.，叶密覆瓦状，不定长穗）、sect. Psilothesium A.DC.（非洲热带为主，直胎座柱，花被片无顶簇毛，含原Austroamericium）与sect. Psilotoidia Hendrych（非洲南部至阿拉伯半岛及东亚，花被片顶簇毛可存在或缺失）。文末给出六亚属检索表及完整新分类处理与模式指定。

— Discussion / Conclusions（讨论与结论）

本研究首次将Angiosperms353靶向富集应用于Thesium属，证实该方法可有效解决属内深层与浅层分支关系，所得系统树较既往基于少数标记的研究有显著改进。研究确证Thesium（合并Thesidium、Chrysothesium、Kunkeliella、Austroamericium）为单系，解决subg. Discothesium的并系问题——通过限制其范畴并描述新亚属Thesium subg. Spinosa N.Lombard, subg. nov.（模式：Thesium spinosum L.f.）——使六个亚属均为单系。提出包含6亚属18组的修订属下分类系统（8个新组，2个组合自较低等级），多数分支具明显生物地理信号（Biogeographic Signal），形态独征少但结合分布与少数性状（如subg. Hagnothesium的四基数雌雄异株花、subg. Frisea的花内向下毛环、subg. Spinosa的刺状叶）可区分。约60%样本具杂交信号可能解释属内形态变异大与鉴定困难。T. sect. Psilotoidia内部部分节点分辨率仍低，可能与近期快速分化、ILS及杂交有关。部分未取样物种（如T. mauritanicum、T. minkwitzianum、T. euphorbioides）位置待定。本分类处理与物种树为后续Thesium属的生物地理演化、物种形成及分类学修订提供可靠基础。论文发表于《TAXON》。