浅谈叶绿体基因组分析技术在植物系统学中的应用

本文对植物叶绿体基因组做一简介,包括叶绿体基因组的发现、结构与特点、编码基因、进化特点和遗传方式。综述了DNA杂交、DNA限制酶谱分析、RFLP分析、PCR-RFLP分析、微卫星序列分析、SSCP分析和核酸序列分析等叶绿体DNA分析技术的原理、特点及应用。阐述了叶绿体DNA在植物系统学研究中广泛应用的利弊。     

西藏地区红景天属植物ITS,rbcL, trnS-G序列多态性分析群

以西藏红景天为研究材料,利用DNA条形码(核糖体内转录间隔区ITS以及两对叶绿体DNA序列rbcL和trnS-G),对所收集的44个样品进行克隆与测序,并结合NCBI中已报道的22种红景天ITS,rbcL,trnS-G序列进行分析.利用Mega5.0软件基于DNA条形码序列分析上述样本的遗传距离结果显示,ITS和trnS-G序列在红景天属植物种间的差异明显,rbcL序列的差异较小.所构建的N-J进化树结果显示ITS对红景天物种的识别能力优于rbcL和trnS-G,但任何单一的DNA条形码均无法成功辨识全部的红景天属植物.其中ITS序列可以清晰的分辨出大花红景天与圣地红景天,并且不同地理居群间的样本差异较小,rbcL+trnS-G组合DNA条形码可以清晰分辨出长鞭红景天.本研究对西藏红景天属植物进行了遗传多样性分析,为其开发与利用提供指导.     

西藏地区红景天属植物ITS,rbcL,trnS-G序列多态性分析

以西藏红景天为研究材料,利用DNA条形码(核糖体内转录间隔区ITS以及两对叶绿体DNA序列rbcL和trnS-G),对所收集的44个样品进行克隆与测序,并结合NCBI中已报道的22种红景天ITS,rbcL,trnS-G序列进行分析.利用Mega5.0软件基于DNA条形码序列分析上述样本的遗传距离结果显示,ITS和trnS-G序列在红景天属植物种间的差异明显,rbcL序列的差异较小.所构建的N-J进化树结果显示ITS对红景天物种的识别能力优于rbcL和trnS-G,但任何单一的DNA条形码均无法成功辨识全部的红景天属植物.其中ITS序列可以清晰的分辨出大花红景天与圣地红景天,并且不同地理居群间的样本差异较小,rbcL+trnS-G组合DNA条形码可以清晰分辨出长鞭红景天.本研究对西藏红景天属植物进行了遗传多样性分析,为其开发与利用提供指导.     

木兰叶绿体atpB和rbcL基因的系统进化分析

木兰科植物作为古老的类群,其杂交和形态多样以及趋同进化等特点导致传统分类出现很多不同结论。对生物类群进行种群的系统进化分析可以在一定程度上弥补传统分类方法的局限。叶绿体的母系遗传相对保守、分子水平差异明显,是绿色植物的标志性细胞器,因此叶绿体基因组常被用来进行植物的系统进化探究。本项研究利用phylip软件将NCBI核酸序列数据库中下载的21种木兰科植物叶绿体的atpB和rbcL基因序列760bp进行序列比对处理之后,进一步应用邻接法进行分子进化系统发生分析,构建系统发育进化树,从而得出木兰属中白玉兰、星花玉兰、锐叶木兰、北美大叶木兰、夜香木兰等在系统进化中的亲缘关系,为进一步对木兰属植物进行系统发生研究奠定基础。     

核糖体DNA内转录间隔区序列标记在寄生虫学中的应用

目的：介绍核糖体DNA（rDNA）的内转录间隔区（ITS）序列的结构特征和在寄生虫学研究应用中的最新研究进展。方法：检索有关文献进行综合分析。结果：rDNA ITS1和ITS2序列为寄生虫的鉴定提供了非常有价值的遗传标记。结论：核糖体DNA上的ITS域序列的进化速度较其它区域快,具有高变异性,可以从中获得大量的遗传信息,已成为在种和亚种水平上对寄生虫进行分类鉴定的有效手段。     

高原鳅属鱼类线粒体全基因组序列结构特征及其系统发育信息

为了深入开展高原鳅属(Triplophysa)鱼类的分类鉴定、系统进化等研究,利用生物信息学的方法分析了37种高原鳅属鱼类的线粒体全基因组序列及系统发育信息。通过Clustal X对线粒体DNA(mt DNA)全基因组序列进行对比,然后用MEGA7分析mt DNA的序列差异,并用邻接法生成系统进化树。结果发现:(1)高原鳅属鱼类线粒体基因组的全长在16 562～16 681 bp之间,其基因组结构和基因排列顺序与其他硬骨鱼类的线粒体基因组特征相同;(2)在所有编码基因中,ND2基因的序列变异程度最大(52.5%),且Kimura双参数(K2P)遗传距离最大(0.232),而16S rRNA的变异程度最小(19.9%),12S rRNA基因的K2P遗传距离最小(0.034);(3)系统进化树显示高原鳅属中除叶尔羌高原鳅(Triplophysa yarkandensis)外,绝大多数物种能够聚为一支,未描述种(T.sp.)、玫瑰高原鳅(T.rosa)和湘西盲高原鳅(T.xiangxiensis)聚为一支并处于该属的基部位置。     

基于18S rDNA、rbcL和atpB序列的轮藻科植物的系统发育研究

为找到适宜用于轮藻科植物系统发育研究的分子片段,对本研究所选轮藻进行18S rDNA、rbcL、atpB及18S rDNA-rbcL-atpB三基因联合序列的多样性分析,并通过构建系统进化树的方法,开展系统发育研究.结果表明,18S rDNA序列较适宜用于研究轮藻科下两个族和各属间的分类问题,但进一步对属内轮藻进行分类需要借助变异程度更高的序列;rbcL、atpB序列变异程度高于18S rDNA序列,但两者不适宜单独用于轮藻科植物的系统发育研究;三基因联合序列的种间、种内遗传距离有一定差异,种间遗传距离(0.002～0.097)大于种内遗传距离(0～0.001),且所得进化树的拓扑结构与传统形态学分类结构一致,属内轮藻分类不再混乱,进化树呈现良好的拓扑结构.综上所述,18S rDNA-rbcL-atpB三基因联合分析后可将形态近似的轮藻分开,解决本研究选取的轮藻科植物的分类问题.     

线粒体假基因--核基因组中的分子化石

核基因组中线粒体DNA片段是线粒体基因向核基因组转移造成的．这些线粒体来源的核DNA片段都是不能表达的假基因，这种序列容易被通用引物从总DNA模板中优先扩增出来，它的存在必然给mtDNA的应用带来负面影响．总结了脊椎动物线粒体假基因的特点，结合笔在GenBank上发现的登录为mtDNA而实际为假基因的序列提出假基因存在的普遍性，分析这种序列对mtDNA在人类线粒体病理学、脊椎动物系统进化研究等方面应用的负面影响．对假基因在线粒体和细胞核两基因组进化研究以及物种系统发育学研究中的应用前景进行展望．     

目前念珠藻系统学研究中常用分子标记特点分析

念珠藻（nostoc）是一类具有异性胞、不分支的丝状蓝藻,具有游离型和共生型2种生活类型。由于其形态指标少．用常规的形态分类方法往往很难研究其系统发育关系。近年来分子生物学的研究方法和手段已广泛用于念珠藻的系统学研究中．尤其是DNA序列分析由于其性状数据多态性高、便于分析处理等优点而越来越多地被应用。本文就近期在念珠藻系统学研究中常用的DNA序列（16S rRNA序列．ITS序列,rbcL序列等）分析方法所取得的成果进行了归纳,并分析了各种序列的适用范围及特点,供从事念珠藻系统学研究的有关人员提供参考。     

基于叶绿体基因组序列对50种菊科植物亲缘关系分析

菊科为双子叶植物纲的第一大科,其科内等级划分和系统学研究存在巨大挑战。叶绿体基因组具有高度的保守性和较慢的进化速率,其在植物系统发育和物种进化研究中应用广泛。对菊科20个属50种植物叶绿体基因组序列进行亲缘关系分析,基于叶绿体基因组编码序列(coding sequence, CDS)、rbcL基因序列、rbcL+matK基因序列分别构建系统发育树,并对其中8个物种进行密码子偏好性分析和IR(Inverted Repeat)边界分析。比较3种方法构建的系统发育树,发现利用单个基因序列或两个基因序列构建的系统发育树与CDS序列构建的系统发育树在属间结果不一致,且CDS构建的系统发育树自展支持率高于其余两种,表明基于单基因序列或基因串联序列适用于属内物种的研究,而CDS序列适用于属间物种的研究。密码子偏好性研究显示选取的8个物种都对A/U结尾的密码子有偏好性。边界序列分析结果显示4个物种菊科植物的IR边界序列ycfI基因有缺失。研究结果为菊科植物的遗传进化和系统发育研究提供了理论支撑。     

Phylogenetic position of Ephedra rhytidosperma, a species endemic to China： Evidence from chloroplast and ribosomal DNA sequences

The chloroplast genes matK and rbcL, ribosomal gene 18S and ITS regions of nuclear ribosomal DNA from Ephedra rhytidosperma, a species endemic to China, were sequenced and its phylogenetic position was investigated. Independent and combined phylogenetic analyses for the DNA sequences from 16 taxa representing 15 species of the genus Ephedra were performed using the maximum parsimony （MP）, neighbor-joining （N J）, minimum evolution （ME） and maximum likelihood （ML） methods. The results indicate that E. rhytidosperma is closely related to E. equisetina. The divergence time between them is estimated to be 10.85±2.44 Ma based on the results of the relative-rate tests and the evolutionary rate of rbcL gene.     

A new method for preparation of template DNA for PCR from special plant materials

A simple method for preparation of template DNA suitable for PCR amplification from herbarium sampies and plant tissues rich in byproducts, e.g. polysaccharides, tannins, polyphenolic, and terpenoids compounds, is described. The total DNA from regular extraction procedure is absorbed by a small amount of glass powder and the final precipitation of glass powder is used directly as a template for PCR. Taking six plant taxa, including the herbarium specimens of Lythraceae collected from Namibia in 1957 and the silicon-dried leaf tissue from mangrove plants (Rhizophoraceae and Combretaceae) rich in by-products as exampies, the PCR products, including nrDNA ITS regions and cpDNA rbcL gene, amplified following the regular and new methods respectively are compared. Our method provides a simple, rapid and economic approach to purify and prepare template DNA for PCR from special plant materials.``     

Inclusion of the Eastern Asia endemic genus Sorolepidium in Polystichum （Dryopteridaceae）： Evidence from the chloroplast rbcL gene and morphological characteristics

The taxonomic status of the Eastern Asia endemic Sorolepidium is controversial. Some authors accept it as member of the large diverse genus Polystichum, whereas others suggest that it is an independent genus separated from the later by the exindusiate sorus and the absence of aristate teeth at the pinnae margins. Here we infer phylogenetic relationship of Sorolepidium using DNA sequences of the chloro-plast rbcL gene. Phylogenies were inferred using maximum-parsimony, maximum-likelihood, and Bayesian inference methods. Molecular data establish that Sorolepidium is deeply nested within the large genus Polystichum and has a close relationship with P. duthiei and P. lachenense in the model-based analyses. The Kimura 2-parameter distances of the rbcL sequences between S. glaciale and P. duthiei and P. lachenense were 0.1 and 0.2%, respectively. Furthermore, S. glaciale differed from P. duthiei by a single nucleotide in their rbcL sequences. Close relationships between S. glaciale and P. duthiei and P. lachenense are also supported by the shared spore ornamentation with echinate fenes-trate folds.     

6种接骨木DNA条形码分析

由于接骨木属植物种间变异小,性状不稳定等原因,其分类一直难以确定.以6种接骨木属植物的总DNA为模板,利用PCR技术扩增8个DNA条形码片段,并进行序列分析.结果表明:接骨木属叶绿体基因来源的条形码rbc L,rpo C1,Mat K,Rpo B,ycf 5序列完全一致,为高度保守序列;psb A-trn H序列虽然进化较快,但其测序结果准确性差,不适于接骨木品种鉴别.6种接骨木核基因来源的ITS条形码进化上也较为保守,根据该条形码可将接骨木区分为2类.核基因来源的ITS2条形码的扩增效率高,种间区分效果好,是较合适的接骨木属植物分子标记之一.应用ITS2条形码可将6种接骨木区分为4类:接骨木;宽叶接骨木;毛接骨木;东北接骨木、钩齿接骨木和朝鲜接骨木.     

Angiosperm phylogeny inferred from multiple genes as a tool for comparative biology

Comparative biology requires a firm phylogenetic foundation to uncover and understand patterns of diversification and evaluate hypotheses of the processes responsible for these patterns. In the angiosperms, studies of diversification in floral form, stamen organization, reproductive biology, photosynthetic pathway, nitrogen-fixing symbioses and life histories have relied on either explicit or implied phylogenetic trees. Furthermore, to understand the evolution of specific genes and gene families, evaluate the extent of conservation of plant genomes and make proper sense of the huge volume of molecular genetic data available for model organisms such as Arabidopsis, Antirrhinum, maize, rice and wheat, a phylogenetic perspective is necessary. Here we report the results of parsimony analyses of DNA sequences of the plastid genes rbcL and atpB and the nuclear 18S rDNA for 560 species of angiosperms and seven non-flowering seed plants and show a well-resolved and well-supported phylogenetic tree for the angiosperms for use in comparative biology.     

两株产人参皂苷糖苷酶酵母菌株的18S rDNA和ITS序列分析

对两株产人参皂苷糖苷酶的酵母菌株进行核糖体18S rDNA和ITS序列克隆测定,获得了长度分别为1 477和1 478 bp的18S rDNA序列和长度分别为791和727 bp的ITS序列,对获得的基因序列进行比对及同源性分析,结果显示,两株酵母菌的18S rDNA序列的相似性达100%,而ITS序列的相似性则为66%,均与NCBI数据库中登录的啤酒酵母的相应序列同源性最高.从GenBank中选取部分不同种属的酵母菌ITS序列,以ITS为对象构建系统发育树,从分子生物学角度确定了两株酵母菌为酵母菌属的不同种类.     

短柄五加(Acanthopanax brachypus)rbcL基因的结构分析

克隆了含完整短柄五加rbcL基因的3.2kb EcoRI片段,测定了该基因的核苷酸序列.所测核苷酸序列总长度为1924bp,其中编码区1428bp,编码475个氨基酸的蛋白质.测定的基因5’上游区共278bp,包含原核性质-35区(TTGCGC),-10区(TACAAT)及类似真核的TATA box元件(TATATA).5’前导区长194bp,其中SD序列为GGAGG,紧邻起始密码子上游.测定的3’下游区共218bp,含2个相邻的转录后可形成茎环结构的反向重复序列.短柄五加rbcL基因编码区推导的氨基酸序列与烟草、菠菜、豌豆、苜蓿、玉米、水稻、松树、地钱、衣藻和Anacystis的同源性分别为93.5％、94.11％、94.53％、94.74％、89.68％、92.21％、92.21％、92.63％、87.58％和80.84％.本文还对不同植物rbcL基因的启动区及部分5’和3’非编码区进行了比较分析.     

地衣中共生念珠藻多拷贝序列的初步分析

地衣是一类菌和藻的共生植物．本文选用共生念珠藻为研究材料，测定了其ITS（16S rDNA至23S rDNA基因间隔区）序列，结果表明地衣中共生念珠藻ITS基因存在着多拷贝现象，在所得的四条谱带中，前三条和自由生长的念珠藻一样，另一条约为920bp，是最长的谱带．序列分析结果显示，在共生念珠藻中，各拷贝之间的ITS序列在结构和碱基组成上都存在着差异，其中ITS—S中仅包含tRNA^-Ala基因，在ITS—L中包含tRNA^-Ala和tRNA^-Iie，这一现象说明各拷贝之间在分子进化上存在着不同步现象．虽然许多工作还在进一步的探讨中，我们初步认为这种多拷贝的形成是由于不等交换产生的．     

植物DNA条形码技术:机遇与挑战

DNA条形码技术是指传统分类对物种无法鉴定时,运用一条短的标准的DNA区间作为条码来进行物种鉴定的方法.目前,叶绿体基因rbcL和matK基因片断可能被用作植物DNA条形码技术的分子标记.本文回顾了DNA条形码技术的背景,植物DNA条形码技术的过程和效果.广义DNA条形码技术已被证实在中药鉴定中具有作用.同时,本文还讨论了在我国经济高速发展时期,DNA条形码技术在生物多样性保护中应用前景.     

“活化石”植物银杏形态与分子进化（Ⅰ）

测定了银杏雌株核糖体ｒＲＮＡ基因转录间隔区ｒＤＮＡＩＴＳ区全序列共１１７２碱基对,其中ＩＴＳ１长７８８碱基对,ＩＴＳ２２２６碱基对,５８ＳｒＲＮＡ基因１５８碱基对．采用计算机分析软件对所获得序列进行比较分析．结果表明：形态上仅有很少变化的银杏,其个体之间有明显的分子差异,不同产地栽培株ｒＤＮＡＩＴＳ区序列的核苷酸差异值高达２５％,这一差异远远大于一般意义上种间的距离,表明了该类植物形态上的变化与分子进化的不一致．造成形态与分子进化不一致的原因有待进一步探讨．