4种薯蓣属植物的psbA-trnH片段序列分析

对4种薯蓣属(Dioscorea)植物——小花盾叶薯蓣(D.sinoparviflora C.T.Ting.)、盾叶薯蓣(D.zingiberensis C.H Wright.)、黄独(D.bulbifera L.)和薯蓣(D.polystachya Turczaninow) 共22个植物类群的叶绿体psbA-trnH基因区进行PCR扩增并测序,获得了该区间的完整序列,小花盾叶薯蓣的psbA-trnH片段全长589~593 bp,盾叶薯蓣全长为575~599 bp,黄独全长为372 bp,薯蓣全长为355~368 bp。将所得序列用Bayesian推断其系统发育关系,结果发现psbA-trnH片段不能够完全区分4种薯蓣属植物种间和种内的各个分类群(不同产地),且不能区分盾叶薯蓣与小花盾叶薯蓣;推测薯蓣的演变过程可能与人工驯化有关,黄独与栽培薯蓣的亲缘关系较近,而与野生薯蓣的亲缘关系较远。     

黄独微型块茎鲨烯合酶的基因克隆与序列分析

通过黄独微型块茎转录组数据库筛选到SQS基因的核心片段,利用RT-PCR技术获得SQS基因保守片段,采用RACE技术获得SQS基因的3′及5′末端序列,并采用生物信息学方法进行序列分析。结果表明,黄独微型块茎SQS基因编码序列长1548 bp,编码415 bp的氨基酸序列,理论分子量为46786.38 D,等电点(pI)为5.97。SQS蛋白为疏水性蛋白,无信号肽,含有SQS所必需的功能结构域,属于Isoprenoid_Biosym_C1 superfami?ly。黄独SQS蛋白与其他植物的SQS蛋白同源性较高,其中与盾叶薯蓣的SQS蛋白氨基酸相似性为96.4%。本试验结果从黄独微型块茎中首次获得SQS基因cDNA全长序列,该基因具有SQS同源基因的典型特征,为进一步研究黄独微型块茎SQS基因结构、基因表达和基因突变提供了基础,并为薯蓣属植物三萜合成通路关键酶SQS的正选择位点与功能的关联性分析提供了数据支持。     

利用DNA条形码技术识别植物物种

DNA条形码技术能够快速、准确地识别物种,对于开展基础性的分类学研究和应用性的生物多样性研究极为重要.本文对鼎湖山20 hm²大样地183个植物物种进行DNA条形码测序.结果表明： 单个条形码片段时, psbA-trnH的综合成功率最高(75%),其次是matK(70%)和rbcL(56%);片段组合时,matK+rbcL+psbA-trnH三片段组合的物种水平识别率在87%以上,随后是matK+psbA-trnH(85%)、rbcL+psbA-trnH(83%)和matK+rbcL(81%).综合了亚热带波多黎各的LFDP样地(143个种)和热带巴拿马的BCI样地(296个种)以及圭亚那的Nouragues样地(254个种)3个森林类型的研究结果,评价DNA条形码各片段在4个森林样地的通用性.在热带和亚热带地区的森林样地中,各片段测序成功率分别为rbcL(93%,95.1%)、psbA-trnH(91.5%,94.6%)和matK(68.5%,79.7%).在植物类群水平上,核心条形码片段matK+rbcL组合的物种准确识别率不高,只在局部群落中表现较为理想;而三位点DNA条形码片段组合在热带和亚热带森林样地中综合成功率可达84%和90%.     

云南常见药用石斛DNA条形码筛选

选择云南省内常见的12种药用石斛，采用分子生物学鉴定技术筛选其适用的DNA条形码序列。以12种药用石斛共36个样品为材料，提取样品总DNA，对核基因片段ITS和ITS2、叶绿体基因片段psbA-trnH和matK序列进行扩增、测序，结合GenBank下载部分石斛序列；利用生物信息学软件进行序列分析和系统发育分析。结果表明，4条序列扩增和测序成功率均为100%；4条序列没有明显的Barcoding Gap，但ITS序列与ITS2序列的种内和种间重叠部分较少，有偏向两端的趋势；系统发育树显示，ITS和psbA-trnH序列能成功区分12种云南常见的药用石斛，ITS2序列未能区分长距石斛(Dendrobium longicornu)和矮石斛(D. bellatulum)，matK序列仅区分6种石斛。建议以ITS和psbA-trnH序列作为云南药用石斛鉴定序列，为药用石斛的种源鉴定提供理论依据。     

阴地蕨属药用植物matK基因编码区全序列测定及编码产物研究

以阴地蕨属(Botrychium)5种药用植物的matK基因为对象,分析matK基因编码区全序列和其编码产物MATK蛋白的氨基酸序列特征,并比较他们在用于阴地蕨属药用植物系统发育关系研究中的差异。结果显示,阴地蕨属5种植物matK基因全长为1500~1503 bp,共有153个变异位点,其编码产物均为不稳定的亲水性蛋白,无跨膜结构,二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主。系统发育分析结果表明,基于matK基因序列的系统发育分析更适合于阴地蕨属种间亲缘关系的鉴定,说明matK基因在阴地蕨属植物的鉴定中具有一定的应用价值。     

基于DNA条形码的半夏属及其伪品分子鉴别

利用DNA条形码技术对半夏属及其伪品进行分子鉴定, 研究半夏属药用植物鉴定的新方法。该实验使用matK序列对半夏(Pinellia ternata)及其伪品进行扩增测序, 结合GenBank数据库数据, 分析ITS、ITS2、psbA-trnH、rbcL和matK各序列的种内与种间变异及barcoding gap, 并采用最近距离法(nearest distance)和相似性搜索算法(BLAST1)评价不同序列的鉴定能力。结果显示, matK序列的种间变异最大, rbcL序列的种内变异最小; rbcL序列的种内和种间遗传变异重叠比例最小, 其次为matK序列; 各序列的Neighbor Joining树均可明显地将不同种分开。实验结果表明, 利用DNA条形码能够准确地鉴别半夏属药用植物及其伪品, matK和rbcL序列为鉴别半夏属及其伪品的较理想条形码组合。该研究为半夏属植物的分子鉴别提供了科学依据与新的思路。     

云南铁角蕨与泸山铁角蕨的关系:来自叶绿体rbcL、trnL-F和rps4-trnS序列的证据

云南铁角蕨Asplenium yunnanense与泸山铁角蕨Asplenium lushanense的分类是一个悬而未决的问题。本文对云南铁角蕨与泸山铁角蕨及近缘类群的叶绿体rbcL基因和trnL-F、rps4-trnS基因间隔区序列进行PCR扩增和序列分析;并与已经发表的铁角蕨属植物的相应序列进行比较,发现云南铁角蕨与泸山铁角蕨的rbcL基因和trnL-F、rps4-trnS基因间隔区序列之间均未表现出差异,因此叶绿体DNA序列的证据不能将云南铁角蕨与泸山铁角蕨分开,从而从分予系统学方而证明云南铁角蕨与泸山铁角蕨是一对亲缘关系非常近的物种。     

基于rbcL和matK序列探讨马鞭草科部分植物的系统学位置

为探究适用于马鞭草科植物的DNA条形码及该类群的系统分类关系,对豆腐柴(Premna microphylla)的叶绿体基因ycf6-psbM、trnV-atpE、rbcL、trnL-F、psbM-trnD、atpB-rbcL、trnC-ycf6、trnH-psbA、rpl36-infA-rps8和核基因ITS序列进行了PCR扩增和测序,结果表明仅rbcL、trnl-F、trnH-psbA序列的PCR扩增以及测序效果较好,而ITS不能得到明显的扩增条带,ycf6-psbM不能成功测序,其它序列存在有部分双峰或噪值高等问题。根据DNA条形码标准,rbcL序列是所有测试条码中相对最适合的。应用rbcL和matK序列对马鞭草科(Verbenaceae)豆腐柴属、牡荆属(Vitex L.)、马鞭草属(Verbena L.)和大青属(Clerodendrum L.)等4属与唇形科宝盖草属(Lamium L.)、水苏属(Stachys L.)、鼠尾草属(Salvia L.)和香科科属(Teucrium L.)等4属的分类和系统发育关系进行分析,以紫草科Lithospermum multiflorum L.为外群,最大简约法对2个片段的单独和联合矩阵分别构建系统发育树。豆腐柴属和大青属应从马鞭草科划入唇形科,马鞭草属仍归于马鞭草科,而牡荆属的系统学位置还需更多的证据。     

DNA条形码在中国金合欢属中的应用

根据形态特征难以准确地辨别金合欢属植物,DNA条形码技术提供了一种准确地鉴定物种的方法。本文利用条形码技术对中国金合欢属物种的序列(psbA trnH、matK、rbcL和ITS)及其不同组合进行比较,通过计算种内和种间变异进行barcoding gap分析,运用Wilcoxon秩和检验比较不同序列的变异性,构建系统树。结果表明：4个片段均存在barcoding gap,ITS序列种间变异率较psbA trnH、rbcL和matK序列有明显优势,单片段ITS正确鉴定率最高,ITS+rbcL片段联合条码的正确鉴定率最高,因此我们认为ITS片段或条形码组合ITS+rbcL是金合欢属的快速鉴别最理想的条码。     

基于3个DNA序列的不同形态类型诸葛菜的遗传关系分析及后代性状观察

选择4种形态类型(花紫色-果实光滑、花紫色-果实密生毛、花白色-果实光滑和花白色-果实密生毛)诸葛菜[Orychophragmus violaceus (L. ) O. E. Schulz]共11个单株为实验材料,在进行ITS、trnL-F和psbA-trnH序列分析的基础上,采用邻接法(NJ)构建系统发育树,并对各形态类型的后代性状进行观察和分析.结果表明,诸葛菜的ITS、trnL-F和psbA-trnH序列长度分别为704、767和216 bp,合并序列长度为1 687 bp,G+C含量为43.5%;共有7个变异位点和7个信息位点,变异率0.41%.4个形态类型诸葛菜的trnL-F序列完全一致,ITS和psbA-trnH序列略有差异.其中,花紫色和花白色的果实密生毛类型中各有1个单株的ITS序列第519位碱基为C,其他单株为T;花紫色和花白色的果实光滑类型中各有1个单株的psbA-trnH序列第68位至第73位碱基依次为CAAAAA,其他单株均为TTTTTG.NJ系统发育树显示,4个类型诸葛菜之间没有完全清晰的界限,亲缘关系很近.后代性状观察结果表明,诸葛菜白色花为特化现象,果实光滑和密生毛是不稳定的性状.研究结果支持将毛果诸葛菜(O. violaceus var. lasiocarpus Migo)并入诸葛菜的分类处理.     

莪术基原植物DNA条形码序列的筛选与鉴定

为寻找适用于中药材莪术基原植物鉴定的DNA条形码序列,探索快速高效的莪术基原植物鉴定的新方法,该文首先利用扩增成功率和测序成功率对中药材莪术三种基原植物,9个样本的7种DNA条形码序列(ITS、ITS2、matK、psbA-trnH、trnL-trnF、rpoB和atpB-rbcL)进行评估,然后利用MEGA6.0软件对获得的高质量的序列通过变异位点分析、遗传距离计算和系统树分析等进一步进行评估,最后将筛选到的DNA条形码序列对未知基原的待测样品进行基原鉴定。结果表明:(1) ITS、ITS2和matK等条形码序列在莪术基原植物中的扩增或测序成功率较低,难以应用于实际鉴定;而psbA-trnH、trnL-trnF和rpoB条形码序列变异位点信息过少,不足于区分莪术的三种不同基原植物;只有atpB-rbcL条形码序列的扩增和测序成功率较高,容易获得高质量的序列,同时序列长度(642～645 bp)理想,变异位点多(11个),可实现莪术的三种不同基原的区分鉴别。(2)待测样品经基于atpB-rbcL序列构建的系统发育树鉴别为温郁金。综上所述,叶绿体atpB-rbcL序列能够准确鉴定莪术不同基原植物,可以作为中药材莪术基原植物鉴定的条形码序列。     

基于cpDNA和rDNA ITS片段分析西南地区青杨派杨树的系统发育与进化关系

西南地区青杨派杨树种质资源丰富,可为杨树遗传改良提供珍贵的基因资源,但树种之间形态学差异细微,该研究以山杨作为外类群,测定了西南地区及其他地区杨属青杨派17个种(杂种)共36份样本的3个叶绿体片段(atpF-atpH、trnL-F和matK)和核糖体ITS片段,并对其进行系统发育分析,以探讨西南地区青杨派树种的系统进化关系。结果表明:(1)在所有样本中,3个叶绿体片段atpF-atpH、trnL-F、matK的长度分别为605~634bp、957~1 010bp、819bp,3个片段拼接后的联合序列包含29个变异位点和15个信息位点;ITS片段对齐后的长度为646bp,变异位点19个,信息位点17个。(2)基于叶绿体联合序列和ITS片段的杨属青杨派树种的平均遗传距离分别为0.001 3和0.003 6。叶绿体联合片段的MP和Bayes系统树树型基本一致,青杨派树种可以划分为2组,第1组由青杨、三脉青杨、大青杨和辽杨构成;第2组中的小叶杨、小青杨、川杨、德钦杨、昌都杨、乡城杨、康定杨、西南杨、滇杨和藏川杨不能有效区分,且均与缘毛杨的遗传关系较近。(3)基于ITS的系统树与叶绿体联合片段构建的系统树差异不大,仅在于第2组中的小青杨与小叶杨、川杨等差异明显,与第1组中的树种紧密聚拢。     

Failure of DNA barcoding in discriminating Calligonum species

We tested the effectiveness of four DNA barcoding markers (rbcL, matK, ITS and trnLF region) for land plants in identifying Calligonum species. High quality sequences were obtained for rbcL, matK and trnLF with the universal primers whereas ITS sequences were of poor quality. RbcL and matK were highly conservative and failed in species discrimination. When rbcL, matK and trnLF were combined, the species resolution was up to 6.25%. Low sequence variation resulted in poorly resolved tree topologies. Among the sixteen sampled species, only three were recovered as a monophyletic group. Our results show that although DNA barcoding is an important tool for species identification, it fails in discriminating Calligonum species. Further research will be needed to develop markers capable to discriminate species in this taxonomy complicated and recently diverged genus.     

Molecular Phylogeny of Magnolia (Magnoliaceae) Inferred from cpDNA Sequences and Evolutionary Divergence of the Floral Scents

Magnolia (disjuncts), however, have similar chemical profiles. A molecular phylogeny of Magnoliaceae was constructed to reveal phylogenetic relationships of taxa by sequencing the trnK intron (including the matK coding region), psbA-trnH, and atpB-rbcL intergenic spacer regions of chloroplast DNA from 25 Magnolia, two Michelia, and two Liriodendron taxa. The psbA-trnH spacer region showed twice the sequence divergence (0.0157) of the trnK intron (0.0073) or the matK coding region (0.0077). The strict consensus tree constructed from the combined data set (ca. 3,700 bp) indicated the genus Magnolia was polyphyletic containing Michelia species as ingroup. The clade of Magnolia liliifera var. obovata, M. coco, and M. delavayi formed the first branch. Among the remaining species, two additional large clades were recognized, i.e., one comprised of American evergreen Magnolia species and another of subgenus Yulania. The relationship among sect. Rytidospermum taxa was not clearly resolved. Parsimonious mapping of the floral scent chemical characters was performed onto the molecular phylogenetic tree to discuss evolutionary trends of the floral scent chemistries. Received 7 December 1998/ Accepted in revised form 18 May 1999     

Molecular phylogeny of Coriaria, with special emphasis on the disjunct distribution

Coriaria, which has the most conspicuously disjunct distribution of the flowering plants, is distributed in four separate areas of the world. The phylogenetic relationships of 12 Coriaria species collected from the representative disjunct areas were inferred by comparing 2416 bp of the combined data set of rbcL (a large subunit of ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase) and matK (maturase K) genes. The phylogenetic tree shows that the Chile-Papua New Guinea-New Zealand-Pacific islands species and the Central America-northern South America species form a sister group, and the Eurasian clade is more basal to them. The divergence time between the Eurasian group and the other species was estimated as 63 or 59 million years ago using rbcL and matK molecular clocks, respectively. These results do not support previously proposed hypotheses which explain the disjunct distribution on the basis of continental drift but suggest that the distribution pattern was formed by several geographical migrations and separations in the Cenozoic.     

Comparative Observations on the Polarity of Sprouting of Bulbils of Dioscorea bulbifera L. and Dioscorea alata L.

The sprouting process of aerial bulbils of D. bulbifera andD. alata was compared. In D. alata, sprouts originated normallyfrom the proximal pole, at or near to the point of abscision,and irrespective of moisture, light or orientation of the bulbil.In D. bulbifera, sprouts originated primarily in response tomoisture and were less influenced by polarity. Post-harvesttreatment with gibberellic acid delayed the sprouting of bulbilsof D. alata but not of D. bulbifera; treatment with 2-chloroethanolor ethanol promoted sprouting in both species. Physiologically,sprouting was characterized by a transient increase in respiratoryrate at the onset of, or just prior to, sprout emergence. Thepromotion of sprouting by chloroethanol was accompanied by asurge in respiratory activity. Dioscorea spp., yams, bulbil germination, polarity     

中国薯蓣属植物叶表皮微形态特征及其分类学意义

利用扫描电子显微镜(SEM)对中国薯蓣科薯蓣属7组31种1亚种2变种植物的叶表皮细胞、叶表皮毛、气孔器类型、气孔大小、气孔纹饰等叶表皮微形态特征进行了观察和比较研究,为薯蓣属内种间的分类界定及系统发育研究提供证据。结果表明:中国薯蓣属各组之间在叶表皮毛、叶表皮细胞和气孔等微形态特征存在较大的差异,但也呈现出一定的组间特异性规律,如:四至六边形的叶表皮细胞、气孔周围平直的垂周壁式样为根茎组植物所特有;丁字型毛组叶脉和叶肉细胞上覆盖大量特有的2叉T型表皮毛;复叶组的叶脉和叶肉细胞具相当密集的表皮毛;基生翅组和周生翅组的气孔器类型衍生出了三胞型;气孔旋转方向在各组中明显分化,在丁字型毛组、白薯莨组和周生翅组(多毛叶薯蓣除外)中为左旋,而顶生翅组、基生翅组和复叶组表现为右旋。研究表明,叶表皮微形态特征在薯蓣属植物中是较为稳定的演化特征,可以作为中国薯蓣属分类与鉴定的依据;据此推断薯蓣属中顶生翅组和周生翅组较为进化,根茎组是薯蓣属的分化中心;对薯蓣属中存在争议的种:盾叶薯蓣和小花盾叶薯蓣、穿龙薯蓣和柴黄姜、马肠薯蓣、多毛叶薯蓣以及白薯莨等进行了分类界定。     

极小种群植物川柿叶绿体基因组特征与系统发育分析（附录）

川柿(Diospyros sutchuensis)为极小种群和国家重点保护野生植物,分布范围狭窄,种群数量极少。目前,川柿基因组信息缺乏,在柿属(Diospyros)中的系统亲缘关系不明确。该研究通过Illumina平台对川柿叶绿体基因组进行测序,应用Getorganellev1.7.3.4和PGA软件对基因组进行组装和注释,使用DnaSP6.12.03软件进行多序列对比分析,并使用REPuter、Tandem Reapeats Finder和MISA软件进行重复序列分析,使用CodonW1.4和EasyCodemL软件分别进行密码子偏好性和选择压力分析。同时,基于4个不同的叶绿体基因组序列数据集,使用IQtree软件分析川柿与11个柿属物种的系统发育关系。结果表明:(1)川柿叶绿体基因组全长157 917 bp,包含1对26 111 bp的反向重复区、大单拷贝区(87 303 bp)和小单拷贝区(18 392 bp),GC碱基含量为37.4%。(2)川柿叶绿体基因组共注释到113个基因,包括79个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因; 共检测到49个长重复序列、27个串联重复序列和34个简单重复序列; 蛋白编码基因中高频密码子31个,多数密码子末位碱基为A或U,编码亮氨酸的密码子使用最多; 基因组编码区比非编码区更为保守,10个高变热点区域可作为潜在的分子标记; 蛋白编码基因中有8个基因(ndhB、ndhG、ndhI、rbcL、rpoB、petB、petD、rps12)受到正选择压力。(3)系统发育分析显示,川柿与老鸦柿(D. rhombifolia)和乌柿(D. cathayensis)亲缘关系最为密切,它们与海南柿(D. hainanensis)共同形成一个单系分支。该研究结果既为川柿及柿属种质资源鉴定、遗传多样性保护以及种群恢复等提供了叶绿体基因组资源,也为阐明川柿的系统进化提供了重要的分子信息。     

Some Observations on the Diversity of Stomata and Trichomes in Six Species of Dioscorea

Stomata and trichomes are described on the leaves of six speciesof Dioscorea. As many as six types were found in D. bulbiferaand D. oppositifolia, four types in D.hispida and D. wallichii,three types in D. belophylla, but only two types in D. alata.Although there is a diversity of stomata even on the same surface,the predominant type is anomocytic in all the species exceptD. bulbifera in which it is tricytic. Rarely a stoma is alsocyclocytic in D. bulbifera. An increase in the number of subsidiarycells in paracytic, tricytic, or diacytic stomata takes placeby the wall formation in them. Similarly a reduction in thenumber of subsidiary cells of a tetracytic stoma is the resultof lateral subsidiary cells assuming the form of epidermal cells.Abnormalities such as a stoma with one guard cell, degenerationof guard cells, and contiguous stomata are also met with. Theorganization of different types of stomata is studied in D.bulbifera and D. wallichii and shown to be perigenous. Capitateglandular hairs were seen on the leaves of D. belophylla, D.bulbifera, D. hispida, and D. wallichii but non-glandular, uniseriate,3-celled trichomes were observed only in D. hispida.     

基于分子证据确认秦岭藤属与驼峰藤属(夹竹桃科)的系统位置

秦岭藤属(Biondia Schltr.)是中国特有属,约13种,驼峰藤属(Merrillanthus Chun & Tsiang)是仅在我国与柬埔寨分布的单种属,目前两个属均被归并到白前属(Vincetoxicum Wolf),由于取样和系统发育分析尚存一些欠缺,因此其系统位置和归属尚需进一步确认。该文使用2个核糖体基因序列片段(ITS、ETS)、5个叶绿体基因序列片段(psbA-trnH、trnG、trnL、trnL-F、trnT-L),以及二者的合并数据,重建娃儿藤亚族(Tylophorinae)(包含属的模式秦岭藤 [B. chinensis Schltr.=V. shaanxiense(Schltr.)Meve & Liede]与驼峰藤 [M. hainanensis Chun & Tsiang=V. hainanense(Chun & Tsiang)Meve, H. H. Kong & Liede])的系统发育树。结果表明:秦岭藤属与驼峰藤属均包含在白前属中,秦岭藤与青龙藤 [B. henryi(Warb.)Tsiang & Li=V. henryi(Warb.)Meve & Liede]互为姐妹类群,并与V. kawaroense Meve & Liede聚为一支,而黑水藤 [B. insignis Tsiang=V. insigne(Tsiang)Meve, H. H. Kong & Liede]在另一分支中(亚热带分支Subtropical Clade); 驼峰藤属与V. cissoides(Blume)Kuntze和V. philippicum Meve, Omlor & Liede聚为一支。核糖体和叶绿体基因数据均支持秦岭藤属与驼峰藤属归并入白前属,但秦岭藤属为多系,尚需收集更多种类和数据合并分析,深入探讨归并后白前属的种间系统关系和位置。