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。     

5科11种鱼类ITS1特征分析及其在系统分类研究中的适用性

为了探讨ITS1作为分子标记用于鱼类系统演化的适用性,实验选取鲈形目5科11种鱼类为研究对象,包括尖吻鲈科、射水鱼科、军曹鱼科、剑鱼科和鲹科。通过克隆和测序等技术共获得了348条ITS1序列,长度范围为442~661 bp;通过对所有序列的长度、变异位点数量、GC含量、核苷酸多样性及单倍型多样性指数等遗传特征比较分析发现,11种鱼类ITS1序列无论是在种内还是在种间,长度和序列都表现出较为明显的多态性。特别是在军曹鱼中,70条克隆的长度范围为648~661 bp,但有一条序列存在55 bp缺失,结合该序列的GC含量,二级结构和最小自由能,推断该序列为假基因。以鮣为外类群,基于核糖体ITS1序列构建的邻接树显示在物种种类水平上,不同个体的克隆都按种类聚支,ITS1可以用于该类群物种的区分;在属级水平上,ITS1将11属鱼类完全区分开,能够用于属级水平的区分;在科级水平上,虽然鲹科分为2支的分子结果和形态分类存在差异,但ITS1构建的系统关系与线粒体分子标记构建的系统进化树相似。研究表明,核糖体ITS1可以作为一种有效的分子标记用于研究鱼类的系统分类研究,并且不同的分类阶元其解析能力不同,这将为鱼类核糖体的研究提供科学依据。     

褐牙鲆(♀)、夏鲆(♂)及其杂交子一代的ITS1序列特征分析

以雌褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)、雄夏鲆(P.dentatus)及其子一代为研究对象,对其核糖体基因的ITS1序列进行比较分析。结果表明,ITS1序列具有明显的种间及个体内差异。在雄夏鲆ITS1序列中仅发现1种基因类型(X型),而在雌褐牙鲆及子一代ITS1序列中发现两种差异显著的基因型(X型和Y型)。在亲本中未检测到两种类型的交换重组序列,而在子代中检测到4个X型与Y型的重组序列,说明子代ITS1区域更容易发生交换重组。进一步的遗传距离分析发现,母本与子代之间的遗传距离(0.059)明显大于父本与子代之间的遗传距离(0.018),且子代中X型片段出现的频率(85.5%)远大于Y型片段出现频率(8.7%),表明亲本双方ITS1区域的遗传信息都遗传给了子代并且X型片段的遗传信息明显占有优势,进而从分子水平上证明子代为褐牙鲆与夏鲆的杂交后代。本研究旨在分析牙鲆属亲本及子代的ITS1序列特征,为鱼类核糖体基因的研究积累数据。     

基于mtDNA ND1基因的家蚕进化分析

对中国青州野桑蚕mtDNA中ND1基因进行了克隆和序列分析。结果显示,野桑蚕ND1基因全长为933bp,编码310个氨基酸残基,A+T含量较高,达78.7%;同源性分析显示,不同来源的家蚕和野蚕ND1基因在核苷酸水平和氨基酸水平具有很高的相似性;以ND1基因的核苷酸序列及氨基酸残基序列进行了家蚕及野桑蚕的分子进化分析,进一步证明家蚕起源于中国野桑蚕。用mtDNA的ND1基因的核苷酸序列Blast家蚕的基因组序列,发现家蚕基因组中存在与ND1基因部分区域同源的序列,表明家蚕基因组中存在起源于线粒体的假基因。     

Comparison of the fraction of olfactory receptor pseudogenes in wolf (<Emphasis Type="Italic">Canis lupus</Emphasis>) with domestic dog (<Emphasis Type="Italic">Canis familiaris</Emphasis>)

Olfactory receptors(ORs),the first dedicated molecules with which odorants physically interact to arouse an olfactory sensation,constitute the largest gene family in vertebrates.Dogs and wolves,like many other mammals,have a highly developed capability to detect and identify odorant molecules,even at minimum concentrations.In this study,the olfactory receptor repertoire from domestic dog and its closest relative,the wolf,were sequenced to estimate the fraction of pseudogenes in each subspecies.The fraction of disrupted olfactory receptor genes in dog was 17.78%,whereas,that in wolf was 12.08%.As expected the dog was less dependent on olfaction than the wolf,and the dog had more olfactory receptor pseudogenes.However,the observed difference between the two subspecies was not at the significant level(χ2 = 1.388,p = 0.239 > 0.05).The values indicated that although domestication might play a role in the reduction of OR genes,it could not be concluded that the living environment provided by domestication lead to a significant reduction of the functional olfactory receptor repertoire.Furthermore,the purpose of domestication may also have influence on the ratio of functional olfactory receptor genes reduction.     

5种鳎科鱼类核糖体ITS1序列比较

核糖体基因在很长一段时间内被认为严格遵循协同进化方式,但是在很多种类中都发现了明显的序列多态性,表明其是非协同进化。为了检测鳎科鱼类核糖体内转录间隔区1(ITS1)序列是否存在多态性,并探究其能否作为种类鉴定的分子标记,本研究克隆获得了5种鳎科鱼类共118条ITS1全序列。结果显示,眼斑豹鳎具有两种差异显著的片段类型,表明其在基因组中遵循非协同进化方式;而在其余4种鳎科鱼类中均没有发现序列多态性,表明其为协同进化。序列分析显示ITS1具有明显的种间长度异质性,最短的序列出现在蛾眉条鳎(412 bp),最长的为眼斑豹鳎(585 bp)。碱基分析显示ITS1序列在5种鳎科鱼类中都呈现出相同的趋势:CGAT,且GC含量为69.5%,远高于AT含量。聚类分析显示除眼斑豹鳎外,所有鳎类均单独聚为一支,种类区分度非常明显,表明ITS1序列能够作为种类鉴定的分子标记。但是眼斑豹鳎的一个克隆和东方箬鳎聚为一支,这种序列多态性对种类鉴定产生了干扰,因此用具有多态的ITS1序列作为分子标记时一定要有足够的克隆数量,避免因数据不充分而得到不正确的结论。