毛茛科和芍药科叶绿体基因组密码子特征和系统发育比较

为研究和比较毛茛科和芍药科叶绿体基因组密码子使用模式和系统进化关系,以完成测序的毛茛科33种植物、芍药科7种植物叶绿体基因组为材料,采用分析软件CodonW在线软件CUSP和R软件对叶绿体基因进行密码子特征分析。用MAFFT 软件,MEGA软件进行系统发育分析。研究结果表明芍药科植物叶绿体基因组和毛茛科植物（耧斗菜属除外）叶绿体基因组高频密码子一致性高,具有29个高频密码子,基本偏向与于A/U结尾,但最优密码子存在差异。毛茛科和芍药科叶绿体基因组密码子偏好性的形成因素主要受自然选择的影响,且芍药科叶绿体基因组密码子偏好性受自然选择的影响大于毛茛科。基于叶绿体基因组全序列和基于叶绿体基因组CDS序列的系统进化关系表明,芍药科基于叶绿体基因组全序列和基于叶绿体基因组CDS序列的系统进化关系虽然部分不同,但都可以被划分为芍药组和牡丹组。毛茛科基于叶绿体基因组的系统进化关系不符合中国植物志分类关系,但支持把毛茛科划分为4亚科14族。系统进化分析结果也支持芍药科独立于毛茛科和毛茛目,被划分到虎耳草目,同时证明了叶绿体基因组作为超级DNA条形码的可行性。     

薯蓣和叉蕊薯蓣叶绿体基因组及特异性DNA条形码鉴定序列筛选研究

前期研究表明,目前常用的DNA条形码序列对薯蓣属物种的鉴定效率低.本研究利用高通量测序技术测定了薯蓣(Dioscorea opposita)和叉蕊薯蓣(D.collettii)叶绿体基因组,完成了其物理图谱绘制,基因组结构特征解析,特异性DNA条形码序列的筛选.薯蓣和叉蕊薯蓣叶绿体基因组总长度分别为152963和153870 bp,均包含两个反向重复区(IRs)、一个大单拷贝区(LSC)和一个小单拷贝区(SSC)4部分.薯蓣和叉蕊薯蓣均含有125个基因,其中包含87个蛋白编码基因、30个t RNA和8个r RNA.薯蓣和叉蕊薯蓣的GC含量分别为37.04%和37.17%,经多序列比对发现薯蓣属叶绿体基因组中非编码区变异高于保守的蛋白编码区域,LSC区、SSC区变异大于IR区,筛选出了10个潜在的适合作为鉴定薯蓣属植物的特异性DNA条形码序列,其中包括5个蛋白编码基因和5个基因间隔区.系统进化树显示,叶绿体全基因组序列也可作为薯蓣属物种鉴定的超级条形码.本研究为薯蓣属系统进化以及物种鉴定等领域的研究提供依据.     

中国秋海棠属 (秋海棠科) 植物的DNA条形码评价

秋海棠属植物种类繁多,形态变异多样,导致种类的系统放置混乱,近缘种类鉴定困难。利用DNA条形码实现物种快速准确的鉴定技术具有不受形态特征约束的优势,为秋海棠属植物的分类鉴定提供了新的方法。本研究选择4个DNA条形码候选片段（rbcL,matK,trnH psbA,ITS）对中国秋海棠属26种136个个体进行了分析。结果显示：叶绿体基因rbcL,matK和trnH psbA种内和种间变异小,对秋海棠属植物的鉴别能力有限;ITS/ITS2种内和种间变异大,在本研究中物种正确鉴定率达到100%/96%,可考虑作为秋海棠属DNA条形码鉴定的候选片段。研究结果支持中国植物条形码研究组建议将核基因ITS/ITS2纳入种子植物DNA条形码核心片段中的观点。     

中国秋海棠属（秋海棠科）植物的DNA条形码评价

秋海棠属植物种类繁多,形态变异多样,导致种类的系统放置混乱,近缘种类鉴定困难。利用DNA条形码实现物种快速准确的鉴定技术具有不受形态特征约束的优势,为秋海棠属植物的分类鉴定提供了新的方法。本研究选择4个DNA条形码候选片段（rbcL,matK,trnH-psbA,ITS）对中国秋海棠属26种136个个体进行了分析。结果显示：叶绿体基因rbcL,matK和trnH-psbA种内和种间变异小,对秋海棠属植物的鉴别能力有限：ITS／ITS2种内和种间变异大,在本研究中物种正确鉴定率达到100％／96％,可考虑作为秋海棠属DNA条形码鉴定的候选片段。研究结果支持中国植物条形码研究组建议将核基因ITS／ITS2纳人种子植物DNA条形码核心片段中的观点。     

植物物种的快速鉴定与iFlora: DNA条形码在马先蒿属中的应用

DNA条形码技术就是利用一段较短的标准DNA序列对物种进行快速鉴定。与基于植物外部形态特征的传统分类鉴定方法相比, DNA条形码具有高效、准确,且易于实现自动化和标准化的特点。马先蒿属（Pedicularis L.）植物具对生（轮生）叶的种类70%以上分布在中国,近缘种间形态上非常相似,鉴定较为困难。研究选取马先蒿属具对生（轮生）叶类群43种164份样品,利用叶绿体基因（rbcL、matK、trnH psbA）和核基因（ITS）条形码片段,采用建树法和距离法检验4个条形码对这些物种的鉴定效果。结果表明,ITS片段用于建树法和距离法的鉴别率分别为81.40%和89.57%,其鉴别率高于3个叶绿体基因片段和任一基因片段的组合条码。另外,利用ITS成功解决了一些疑难种的分类问题。DNA条形码在马先蒿属研究中的实用性为新一代植物志（iFlora）实现物种的快速和准确鉴定提供了有力支持,并能为分类学、生态学、进化生物学、居群遗传学和保护遗传学等分支学科的研究提供重要信息。     

基于多基因序列和形态性状的牡丹组种间关系

牡丹被认为是中国的国花,具有很高的医学、观赏和经济价值.野生牡丹被认为是栽培牡丹的野生祖先,因此弄清牡丹组的种间亲缘关系具有重要的理论和实践意义.由于受到信息量的限制,根据单基凼数据或形态数据往往无法对牡丹组的种间关系得到明确的结果.本研究用12份样品代表野生牡丹组(Paeonia section Moutan DC.,Paeoniaceae)8个种,利用包括核基因(Adh1A、Adh2和GPAT)和叶绿体基因(trnS-trnG和rps16-trnQ)的DNA序列以及形态性状的多套数据来探讨野牛牡丹的种间关系.合并分析得到具高支持率的牡丹组物种间的系统发育关系.结果表明,芍药属牡丹组8个野生种分为两个亚组,即肉质花盘亚组subseet.Delavayanae和革质花盘亚组subsect.Vaginatae.肉质花盘亚组包括滇牡丹P delavayi和大花黄牡丹P.ludlowii;革质花盘亚组包括其余6个种.革质花盘亚组中,四川牡丹P.decomposita ssp.decomposita和紫斑牡丹P. rockii ssp. rockii关系密切;卵叶牡丹P.qiui和矮牡丹P. jishanenMs关系密切;银屏牡丹P. suffruticosa ssp.yinpingmudan与风丹P. ostii关系 密切,并且后两个分支为姊妹群.     

植物物种的快速鉴定与iFlora：DNA条形码在马先蒿属中的应用

DNA条形码技术就是利用一段较短的标准DNA序列对物种进行快速鉴定。与基于植物外部形态特征的传统分类鉴定方法相比,DNA条形码具有高效、准确,且易于实现自动化和标准化的特点。马先蒿属（PedicularisL．）植物具对生（轮生）叶的种类70％以上分布在中国．近缘种间形态上非常相似,鉴定较为困难。研究选取马先蒿属具对生（轮生）叶类群43种164份样品,利用叶绿体基因（rbcL、matK、trnH-psbA）和核基因（ITS）条形码片段,采用建树法和距离法检验4个条形码对这些物种的鉴定效果。结果表明,ITS片段用于建树法和距离法的鉴别率分别为81．40％和89．57％,其鉴别率高于3个叶绿体基因片段和任一基因片段的组合条码。另外,利用ITS成功解决了一些疑难种的分类问题。DNA条形码在马先蒿属研究中的实用性为新一代植物志（iFlora）实现物种的快速和准确鉴定提供了有力支持,并能为分类学、生态学、进化生物学、居群遗传学和保护遗传学等分支学科的研究提供重要信息。     

DNA条形码技术在植物中的研究现状

DNA条形码技术（DNA barcoding）是用短的DNA片段对物种进行识别和鉴定的分子生物学技术。在动物研究中该技术已经成功应用于利用线粒体细胞色素c氧化酶亚基I（COI）进行物种鉴定和发现隐种或新物种。相对于动物, COI基因在高等植物中进化速率较慢, 因此植物条形码研究以叶绿体基因组作为重点, 但目前还处于寻找合适的基因片段阶段。许多学者对此进行了积极的探索, 报道了多种植物条形码的候选片段或组合, 但还没有获得满足所有标准的特征位点片段。该文介绍了DNA条形码的标准、优点、工作流程及数据分析方法, 总结了DNA条形码在植物中的研究现状。     

DNA条形码技术在植物中的研究现状

DNA条形码技术(DNA barcoding)是用短的DNA片段对物种进行识别和鉴定的分子生物学技术。在动物研究中该技术已经成功应用于利用线粒体细胞色素c氧化酶亚基I(COI)进行物种鉴定和发现隐种或新物种。相对于动物, COI基因在高等植物中进化速率较慢, 因此植物条形码研究以叶绿体基因组作为重点, 但目前还处于寻找合适的基因片段阶段。许多学者对此进行了积极的探索, 报道了多种植物条形码的候选片段或组合, 但还没有获得满足所有标准的特征位点片段。该文介绍了DNA条形码的标准、优点、工作流程及数据分析方法, 总结了DNA条形码在植物中的研究现状。     

白花刺续断野生居群的叶绿体全基因组特征解析

白花刺续断在中国西藏是一种常用的药用植物,但其叶绿体全基因组的相关研究较少。为揭示该物种叶绿体全基因组的基本特征并探讨其谱系遗传结构,该研究利用Illumina测序平台对来自5个野生居群的10个白花刺续断个体进行二代测序,经组装、注释,得到10条完整的叶绿体全基因组序列,并对它们的基因组特征和居群间的谱系进化关系进行了初步研究。结果表明:(1)白花刺续断的叶绿体全基因组大小为155 335～156 266 bp,共注释113个基因,包括72个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因,其叶绿体基因组的大小、结构、GC含量及基因组成等方面在种内高度保守。(2)基因组比较分析表明,白花刺续断变异较大的片段均位于单拷贝区,且IR边界未出现明显的扩张和收缩。(3)群体遗传分析发现,白花刺续断的野生居群具有明显的地理遗传结构,不同居群间在遗传距离与地理距离上具有一定的相关性。研究认为,白花刺续断叶绿体基因组在种内居群水平上比较保守,且叶绿体基因组可在居群水平上揭示物种的地理遗传结构。这为后续开展刺续断属物种群体遗传学和系统发育基因组学研究奠定了基础。     

蒟蒻薯属(薯蓣科)植物DNA条形码研究

蒟蒻薯属(Tacca)植物种间在形态上差别不大,导致分类上存在一定的困难.DNA条形码是一种利用短的DNA标准片段来鉴别和发现物种的方法.本研究利用核基因ITS片段和叶绿体基因trn H-psbA,rbcL,matK片段对蒟蒻薯属6个种的DNA条形码进行研究,对4个DNA片段可用性,种内种间变异,barcode gap进行了分析,采用Tree-based和BBA两种方法比较不同序列的鉴定能力.结果显示:单片段ITS正确鉴定率最高,片段组合rbcL+matK正确鉴定率最高.支持CBOL植物工作组推荐的条码组合rbcL+matK可作为蒟蒻薯属物种鉴定的标准条码,建议ITS片段作为候选条码.丝须蒟蒻薯Tacca integrifolia采自西藏的居群与马来西亚居群形成了2个不同的遗传分支,且两者在形态上也存在一定的差异,很可能是一个新种.     

地黄属植物的DNA条形码研究

地黄属(Rehmannia)为玄参科(Scrophulariaceae)药用植物,广泛分布于中国中东部及北部地区。由于地黄属植物经历了快速成种,导致其属内物种间形态性状差异较小,运用传统的形态学分类方法已难以准确地鉴定物种,近年来迅速发展起来的DNA条形码技术为快速、准确地鉴别物种提供了新思路。本研究选用3个叶绿体DNA非编码区片段(trn L-trn F、trn M-trn V和trn S-trn G)及核基因ITS片段,运用PWG-distance和TreeBuilding两种方法对地黄属5个物种75个个体进行了DNA条形码分析。结果表明:单个叶绿体DNA片段或核基因ITS片段对地黄属物种的鉴别率较低(0%~20%),组合的叶绿体DNA片段分辨能力虽然高于单个DNA片段,但并不能将地黄属5个物种完全区分开;trn S-trn G+ITS片段组合的分辨率可达100%,能够将地黄属5个物种准确区分,与所有叶绿体DNA片段和核基因ITS片段组合(trn L-trn F+trn M-trn V+trn S-trn G+ITS)的辨别率相同,因此推荐trn S-trn G+ITS作为地黄属植物的标准条形码。此外,利用DNA条形码鉴别物种时,可采用叶绿体DNA片段和核DNA片段组合的方法来提高物种鉴定的成功率。     

芍药属牡丹组（Paeonia sect. Moutan）种间关系的分子证据：GPAT基因的PCR-RFLP和序列分析

为了探讨芍药属牡丹组Paeonia sect. Moutan的种间关系,对采自15个野生居群,代表牡丹组全部8个野生种的15份材料的GPAT 基因片段（外显子5和6之间2 kb的内含子）进行了PCR-RFLP分析,并对代表牡丹组全部8个野生种的9份材料进行了测序。 根据12个限制性内切酶的PCR-RFLP数据,使用Network 3.0计算机程序的RM (reduced-median)法建立了牡丹组种间亲缘关系网络树。同时根据8个种9份材料的GPAT基因片段序列,利用PAUP*4.0计算机程序建立了牡丹组GPAT基因的最大简约（MP）树和邻接(NJ)树。结果获得了具有很高自展值支持、分辨良好的牡丹组种间关系（GPAT基因）树。最重要的是,该基因树所显示的牡丹组种间关系与根据形态学证据提出的牡丹组的种间关系基本吻合,并得到其他研究证据的支持。根据这一结果,对牡丹组的种间关系进行了详细的讨论。     

结合叶绿体和核DNA序列变异可提高云杉属物种的分子鉴别率

松科(Pinaceae)云杉属(Picea)植物是北半球广泛分布的重要森林树种,由于频繁的种间杂交渐渗及近期的辐射分化导致种间形态趋同,传统的形态学方法很难准确鉴定该属物种.近期兴起和发展的DNA条形码技术为云杉属物种的划分和鉴定提供了可参考的方法.在云杉属青藏高原种质资源收集过程完成后,选取5个叶绿体DNA片段(matK,rbcL,trnH-psbA,trnL-trnF和trnS-trnG)以及3个核DNA片段(4CL,Sb29和GI),利用PWG-distance和Tree-Building两种方法对青藏高原以及中国其他地区分布的19个云杉属物种83个个体进行了物种鉴别分辨率的评价.研究结果显示单个的叶绿体DNA片段(10.5％ ～26.3％)和核DNA片段(15.8％ ～26.3％)对云杉属物种鉴别的分辨率较低,组合的叶绿体DNA片段的分辨能力(15.8％ ～42.1％)虽然高于单个DNA片段,但分辨率最高的trnH-psbA+trnS-trnG和trnS-trnG+trn L-trnF两个组合也只能达到42.1％;组合的核DNA片段(26.3％ ～36.8％)一样对云杉属物种鉴别存在困难.但是叶绿体DNA片段和核DNA片段的组合可以明显提高对云杉属物种鉴定的分辨率,尤其是trnS-trnG+trn L-trnF+4Cl的组合片段,其分辨率可达到57.9％.因此在将来利用DNA条形码鉴别物种时,在常规DNA条形码片段不起作用的情况下,可采用这种叶绿体DNA片段和核DNA片段组合的方法来鉴定和区分植物物种.     

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.     

天南星科植物叶绿体基因组结构特征及系统发育分析：以天南星等20个物种为例

目的：天南星科植物资源丰富、分布广泛。研究天南星科植物叶绿体基因组特征,为天南星科的系统发育及进化研究提供依据。方法：本研究以GenBank数据库中获得的20条该科植物叶绿体全基因组序列为基础数据,利用REPuter、MISA、mVISTA和MAFFT等软件分析其重复序列、基因组差异、IR边界和系统发育等特征。结果：天南星科植物叶绿体基因组长度介于158 521～175 906 bp之间,共编码129～139个基因。在20个该科物种中,均检测出50条重复序列,正向重复和反向重复为主要类型,并鉴定出253～482个SSR位点,单核苷酸和二核苷酸重复居多。序列全局比对表明其非编码区的差异较大,并发现accD、ycf2和ycf1三个高度可变区。共线性分析可知,基因组序列同源性较高,只有一个物种发现重排或倒位现象。IR边界分析表明天南星科植物有一定保守性。所筛选的SSR位点和高度可变区可用于遗传多样性分析、物种鉴定和DNA条形码等。结论：本研究明确了天南星科物种的系统发育关系,为天南星科物种进化和遗传多样性研究提供了一定的科学依据。     

荷花玉兰叶绿体全基因组高通量测序及结构解析

荷花玉兰是重要的药用、观赏及园林绿化植物.应用454高通量测序技术对荷花玉兰叶绿体全基因组进行测序,解析了其基因组结构,并与近缘物种基因组进行了比较分析.荷花玉兰叶绿体基因组全长为159623bp,两个反向互补重复区(IRs)长26563bp,被分隔的大单拷贝区(LSC)和小单拷贝区(SSC)长度分别为87757和18740bp.成功注释129个叶绿体基因,其中18个基因含有内含子.基因的种类、数目以及GC含量等与其他木兰科物种相类似.生物信息学分析获得218个SSR位点,大多位点富含A-T,具有碱基偏好性.木兰科物种的重复基序类型和丰度相对保守,有利于开发叶绿体基因组载体.木兰亚纲植物叶绿体基因组的大小及IR区边界的变化与ycf1的长度密切相关.采用30个物种叶绿体基因组的66个共有蛋白编码基因构建系统发育树,对木兰属在被子植物中的进化位置进行了探讨.荷花玉兰叶绿体全基因组序列的获得和结构解析对优良品种培育、叶绿体基因组工程、木兰科物种分子标记开发及系统发育关系的研究具有重要价值.     

植物DNA条形码研究进展

DNA条形码(DNA barcoding)已成为近5年来国际上生物多样性研究的热点,即通过使用短的标准DNA片段,对物种进行快速、准确的识别和鉴定.该技术在动物研究中已得到广泛的应用,所采用的标准片段是线粒体COI基因中约650 bp长的一段.然而在植物中DNA条形码的研究进展相对缓慢,目前尚处于对所提议的各片段比较和评价阶段,还未获得一致的标准片段.由于植物中线粒体基因组进化速率较慢,因此条形码片段主要在叶绿体基因组上进行选择,被提议的编码基因片段主要有rpoB,rpoCI,matK,rbcL,UPA,非编码区片段有tmH-psbA,atpF-atpH,psbK-psbI,此外还有核基因ITS.已有的研究表明以上任何一个单片段都不足以区分所有植物物种,因而不同的研究组相继提出了不同的片段组合方案,目前被广泛讨论的组合主要有5种.本文综述了DNA条形码序列的优点、标准、工作流程、分析方法和存在的争议,重点论述了植物条形码研究中被提议的各序列片段和组合的研究现状.     

基于ITS和matK基因对牡丹组序列分析及其亲缘关系的研究

以芍药属牡丹组全部9个野生种、5个紫斑牡丹栽培品种及3个中原牡丹品种为试材,进行核糖体内转录间隔区（ITS）和叶绿体成熟酶K （matK）基因片段测序分析,探讨ITS和matK序列为牡丹组所有野生种种间关系提供分子证据。从GeneBank中选取了1个牡丹及3个外类群芍药、川赤芍和草芍药的ITS及matK序列。对试验样品进行DNA提取、PCR扩增并双向测序得到44条序列,人工校正后将所得44条序列进行比对;计算碱基组成频率、变异位点、简约信息位点数、转换/颠换比率、种内及种间遗传距离,以邻接法进行系统发育分析。结果表明,牡丹组所有个体ITS序列长度在750~800 bp,含有86个多态位点,74个简约信息位点,转换/颠换比率（R）为1.2;而matK序列含有20个简约信息位点,转换/颠换比率（R）为1.7。ITS序列分析将牡丹组野生种分为两大枝,稷山牡丹、紫斑牡丹、卵叶牡丹和杨山牡丹聚为一枝,狭叶牡丹、滇牡丹、黄牡丹和大花黄牡丹聚为另一枝,这两枝分别与革质花盘亚组和肉质花盘亚组相对应,而四川牡丹位于革质花盘亚组最底端,支持前人研究将四川牡丹归为革质花盘亚组。matK序列分析的牡丹组野生种间遗传距离结果不理想,未能清晰的表明野生种之间的亲缘关系。由此说明,ITS序列更适合牡丹组野生种间亲缘关系的研究分析。     

水稻(Oryza sativa L.)核基因组存在叶绿体psbA基因的同源片段

序列比较说明,重复DNA顺序pRRD9与水稻叶绿体基因组中编码QB蛋白的psbA基因存在高度的同源。用pRRD9亚克隆片段pRRD9R和片段pRRD9L对水稻的叶绿体和核DNA进行Southern杂交分析,揭示了psbA基因同源片段在某个进化时期由叶绿体基因组转移到水稻核基因组,而且两者在水稻进化过程中的变异程度存在明显的差异。利用它们对野生稻和栽培稻总DNA的Southern杂交分析,显示亚洲栽培稻与AA基因组型的野生稻有较近的亲缘关系,以及在部分野生稻产生特异的杂交带谱,说明它可以作为一种分子探针来研究水稻的进化问题。