低拷贝核基因在异源多倍体植物中的进化与表达

异源多倍体植物在自然界中广泛分布。在这类植物谱系中,低拷贝核基因具有特殊的进化特点和丰富的植物系统发生信息,在转录水平存在基因沉默、基因激活和不均等表达等特点。以低拷贝核基因为主线,概述了其在多倍体植物系统发生中的应用和相关注意事项,并对其在多倍体植物中的表达变化及其分子机制进行了探讨,系统地介绍了国际上相关领域的研究成果和最新动向。

基于转录组的疏花软紫草低拷贝核基因引物开发

基于高通量的转录组测序,为大量并快速的开发分子标记提供契机。本研究对紫草科植物疏花软紫草进行转录组测序,共得到92 042 086条reads,从疏花软紫草158 446个Unigene中搜索到332个低拷贝核基因。为进行多态性验证,从中随机挑选30个设计引物,并对3个疏花软紫草种群共9个个体进行PCR扩增,结果发现其中16对引物能够扩增出单一稳定的目的条带,从中随机挑选7个片段进行群体测序并计算DNA多态性。结果表明,7对引物的多态性位点平均值为6.57,单倍型平均值为5.14,单倍型多态性（HD）在0.389~0.944之间,核苷酸多态性（Pi）为0.001 48~0.017 23。通过转录组测序技术开发的低拷贝核基因有较高的多态性,且可以有效地运用于群体遗传学和谱系地理学研究中。另外,这些低拷贝核基因能够被运用于软紫草属植物系统发育重建以及物种形成等研究工作中。

基于低拷贝核基因的组分特征研究十字花科植物的系统发生关系

近年来人们在十字花科物种系统发生关系方面开展了大量工作,研究发现十字花科可分为3个主要类群,但是这些类群内部以及类群间的进化关系还不明确。旨在快速准确地解决十字花科物种系统发生关系,通过选取39个十字花科物种及两个外类群物种作为研究材料,使用系统发生基因组学方法获得了覆盖所选物种的低拷贝同源基因集合。进一步通过CVTree方法分析低拷贝核基因的组分特征,得到了高度支持与稳定的十字花科系统发育关系。结果显示,十字花科被分为6个主要的类群,其中3个主要类群的划分与前人的分类结果高度一致,并且增加了两个新类群,此外,前人研究中存在争议的第二类群在本研究结果中成为有稳定支持的单系群。表明基于大量低拷贝同源基因集合并结合组分矢量分析,可以较为准确地反映十字花科物种的系统发生关系。因此,CVTree方法不仅适用于研究原核生物、真菌等微生物的系统发生关系,也可以用来探究十字花科植物等高等生物的亲缘关系。

初探低拷贝核基因在低等分类阶元系统发育重建中的适用性———以十字花科为例

分子系统学已被广泛用于解决物种之间的亲缘关系。迄今为止,被子植物分子系统学大都采用叶绿体和线粒体基因。但叶绿体和线粒体多数采用单亲遗传方式,不能完全记录物种的进化历史。而且叶绿体和线粒体基因相对保守,可用于系统发育重建的信息有限,很难用来解决科以下类群之间的亲缘关系。相反,核基因遵守双亲遗传方式并能提供大量信息位点,但却没有得到广泛运用。本文以十字花科为例,从17种十字花科植物中得到了5个编码蛋白的单拷贝核基因序列,采用最大简约法、最大似然法和贝叶斯法重建它们之间的亲缘关系。结果表明,和目前常用的基因相比,这些基因能提供更多的信息位点,由此得到的系统发育树具有很高的支持,利用最大简约法得到的5个核基因的系统树中各分支均得到了100%的自展支持率。结果表明,我们选取的核基因可以用来进行科、属及种间的系统发育重建。因此,这5个基因可以用来解决被子植物其它科内的亲缘关系,而且也可以作为DNA条形码研究的有效分子标记。

利用低拷贝核基因重建菊科紫菀亚科族间系统发育关系

紫菀亚科(Asteroideae)是菊科最大的一个亚科,包含的种数多于被子植物的绝大多数科。目前,紫菀亚科族间的系统发育关系主要依赖于叶绿体基因信息,但是叶绿体基因为单亲遗传,并不能完整反映进化历史。鉴于杂交现象在菊科普遍存在,故利用核基因可以反映更完整的紫菀亚科进化历史。该研究首次使用从转录组数据(20个新测+11个从NCBI数据库下载)中筛选出的47个直系同源低拷贝核基因来研究紫菀亚科的系统发育关系,共选取了29个物种,代表了紫菀亚科20个族中的13个族。用超矩阵分析方法和溯祖推测分析方法各获得了1个稳定的紫菀亚科系统树,每个树上绝大多数分支都得到了高度支持,且2个树之间没有明显的冲突。新的紫菀亚科族间系统发育关系揭示了千里光超族应并入紫菀超族,春黄菊族可能是千里光族与紫菀族杂交起源的,金鸡菊族很可能也是杂交起源的。该研究结果显示低拷贝核基因可以更好地解决科以下分类阶元的系统发育关系,对菊科乃至被子植物其它科的系统发育研究具有重要的借鉴意义。

基于色木枫转录组数据的核低拷贝基因引物开发

基于色木枫的转录组数据初步设计166对引物,并根据琼脂糖凝胶电泳与Sanger测序结果筛选出其中的26对核低拷贝基因引物.在东亚63个种群的182个个体中大批量扩增所开发引物,单倍型多样性范围为0.45~0.97,核苷酸多样性为(1.90~18.03)×10^(-3);9~15对引物可在金钱槭、茶条槭、青榨槭和鸡爪槭中扩增;STRUCTURE聚类结果与之前核微卫星研究结果类似,且展示了更多的谱系地理结构,结果表明引物多态性高、拓展性强、具有可靠性.本研究的转录组数据为槭属的研究提供重要遗传信息,所用方法被证明可以有效开发大量核低拷贝基因引物,已开发出的26对引物将为色木枫的进化历史和槭属系统发育研究提供丰富有效的分子标记.

DNA序列在悬钩子属植物分子系统学研究中的应用进展

悬钩子属植物种类繁多,类群复杂,而且多为多倍体和杂种。该文就近年来国内外有关DNA序列在悬钩子属植物分子系统学研究中的应用现状和进展进行了综述,并对中国悬钩子属植物系统发育研究进行了展望。研究认为:叶绿体DNA序列多应用非编码区,且多与ITS序列联合分析;核基因组中ITS序列应用最为广泛,主要用于研究悬钩子属空心莓组与木莓组的进化关系、栽培品种间亲缘关系及部分杂种和多倍体的起源等;在该属植物中发现了ITS个体内多态性,但未进行ITS假基因检测,其系统学应用价值需重新评价;低拷贝核基因只有GBSSI和LEAFY有相关应用。同时认为,悬钩子属植物系统学研究中应用的DNA序列及研究类群均较少,缺乏对整个悬钩子属全面而系统的研究。指出应进一步选择具有代表性的样本、筛选合适的DNA片段,并结合形态学、孢粉学和细胞学等手段对中国悬钩子属植物系统关系进行深入研究。

江西浙江红山茶白花变异的发现与分子考证

在江西婺源的浙江红山茶天然林分里发现少量的白花变异植株,花色在White Group NN155B～C之间。白花变异植株树型、叶型、果型与浙江红山茶原种整体差别不大。为鉴定这类变异植株是新物种亦或是原种变种或变型,本文利用RPB2低拷贝核基因标记开展红山茶组与油茶组主要近缘种的分子甄别。研究结果显示,各山茶属物种的kimur2-parameter平均距离为0.019,与各近缘种比较,浙江红山茶与油茶组的越南油茶、普通油茶有更近的亲缘关系。浙江红山茶原种与白花变异kimur2-parameter距离仅为0.005,远小于各近缘种间距离。系统发育树显示包括白花变异的浙江红山茶不同个体能按同一物种聚成一类与其他物种分离,结果支持白花变异作为浙江红山茶变异类型进行归并。研究将浙江红山茶与其近缘种区分出来,进一步为生产应用中浙江红山茶种真实性甄别提供了可靠的研究方法,同时也为浙江红山茶白花新品种考证提供了重要的分子依据。

Sequences of low-copy nuclear gene support the monophyly of Ostrya and paraphyly of Carpinus （Betulaceae）

Coryloideae consists of four genera: Corylus, Ostryopsis, Carpinus, and Ostrya. While both molecular and non-molecular data support the close relationship of Carpinus and Ostrya, the monophyly of the two genera has remained controversial. In this study, sequences of the nuclear nitrate reductase (Nia) were used to test the naturalness of the two genera. Ostrya species form a robust clade, supporting the monophyly of the genus. The clade, however, is located between Carpinus cordata and the remaining species of Carpinus, indicating that Carpinus is paraphyletic, and Ostrya has evolved from within Carpinus. Within Carpinus, section Distegocarpus is polyphyletic, whereas section Carpinus is a clade where subsections Polyneurae and Carpinus are more closely related to each other than either is to subsection Monbeigianae.

一种来自长柄扁桃、桃和梅的包含AP2结构域基因的生物信息学分析

通过分析长柄扁桃幼苗叶片转录组测序,从中找到一个包含AP2结构域的Unigene,该Unigene包含完整的开放读码框,全长3182bp,编码767个氨基酸,将其命名为ApAP2dc1。以ApAP2dc1的DNA序列作为信息探针,在桃和梅的基因组序列中进行查询比较,发现桃和梅的基因组中均存在ApAP2dc1的直系同源基因,分别命名为PpAP2dc1和PmAP2dc1。在桃和梅的基因组中还各发现一个串联重复的旁系同源基因,分别命名为PpRYdc1和PmRINGdc1。保守结构域分析表明,ApAP2dc1、PpAP2dc1和PmAP2dc1都含有AP2结构域,而PpRYdc1和PmRINGdc1不含AP2结构域;基因结构分析表明,PpAP2dc1和PmAP2dc1、PpRYdc1和PmRINGdc1虽然互为直系同源基因,但其基因结构有明显差异;旁系同源基因的启动子序列也有较大差异。该研究结果表明长柄扁桃、桃和梅基因组上的上述区域在进化上不保守,该区域的基因在结构和表达上正在进行快速趋异进化。

DNA序列分析在植物分子系统学研究中的应用现状——以蔷薇科为例

近20年来,DNA序列已被广泛应用于植物各分类阶元的系统学研究中,为解决长期有争议的和亟待解决的系统进化问题提供了有力的证据。现以蔷薇科为例,概述了应用DNA片段进行植物分子系统研究的现状,详细剖析了应用DNA序列进行植物系统发育研究时常见的问题及其原因,提出了对存在多倍化、杂交起源和快速分化等复杂进化史的植物类群进行系统学分析时选用DNA序列的策略和注意事项。