Quercus is considered as one of the most important genera in the Northern Hemisphere as its economic and ecological importance. Oaks are taxonomically perplexing due to interspecific shared morphological traits and intraspecific morphological variation, which mainly attributed to hybridization. Universal plastid markers could not provide sufficient variable sites to explore the phylogeny of this genus and chloroplast genome-scale data proved to be useful to resolve intractable phylogenetic relationships. In this study, four complete chloroplast genomes of Quercus species were sequenced and one published chloroplast genomes of Q. baronii was retrieved for comparative analyses. The sizes of these five chloroplast genomes ranged from 161,072 bp (Q. baronii) to 161,237 bp (Q. dolicholepis), which has been identified the gene organization, gene order and GC content are similar to other published Fagaceae species. We analyzed the nucleotide substitution, indels and repeats in chloroplast genomes. The detection of 19 relatively highly variable regions provides potential plastid markers for further taxonomic and phylogenetic study within Quercus. We future observed that 4 genes (ndhA, ndhK, petA and ycf1) were subjected to positive selection. Finally, the phylogenetic relationships of the published Quercus species inferred from chloroplast genomes obtained moderate-to-high supports, indicating that chloroplast genome data may be useful to resolve the relationships of this genus.

Summary The complex geography and climatic changes occurring in subtropical China during the Tertiary and Quaternary might have provided substantial opportunities for allopatric speciation. To gain further insight into these processes, we reconstruct the evolutionary history of Quercus spinosa, a common evergreen tree species mainly distributed in this area. Forty-six populations were genotyped using four chloroplast DNA regions and 12 nuclear microsatellite loci to assess genetic structure and diversity, which was supplemented by divergence time and diversification rate analyses, environmental factor analysis, and ecological niche modeling of the species distributions in the past and at present. The genetic data consistently identified two lineages: the western Eastern Himalaya-Hengduan Mountains lineage and the eastern Central-Eastern China lineage, mostly maintained by populations’ environmental adaptation. These lineages diverged through climate/orogeny-induced vicariance during the Neogene and remained separated thereafter. Genetic data strongly supported the multiple refugia (per se, interglacial refugia) or refugia within refugia hypotheses to explain Q. spinosa phylogeography in subtropical China. Q. spinosa population structure highlighted the importance of complex geography and climatic changes occurring in subtropical China during the Neogene in providing substantial opportunities for allopatric divergence.