直刺变豆菜叶绿体全基因组及其特征

直刺变豆菜(Sanicula orthacantha)是中国广泛分布的多年生草本植物, 也是一味著名的民族药。本文通过二代高通量测序平台Illumina HiSeq PE150对直刺变豆菜叶绿体全基因组进行测序, 并通过生物信息学方法对其结构特征进行分析。结果表明: 直刺变豆菜叶绿体全基因组大小为157,163 bp, 包括大单拷贝区(large single copy, LSC)、小单拷贝区(small single copy, SSC)和2个反向重复序列(inverted repeat sequence, IRa和IRb), 长度分别为87,547 bp、17,122 bp和26,247 bp, 具有典型被子植物叶绿体基因组环状四分体结构; 共注释得到129个基因, 包括8个核糖体RNA (rRNA)基因、37个转运RNA (tRNA)基因和84个蛋白质编码基因。直刺变豆菜在叶绿体基因组结构、基因种类、排列顺序上与其他伞形科植物基本一致。直刺变豆菜叶绿体全基因组测序的成功为变豆菜属植物完整叶绿体基因组组装及其特征分析提供了新的方法。     

变豆菜属15种植物的果实微形态特征及其分类学意义

采用扫描电镜对来自北美和东亚的变豆菜属植物(美国7个种,中国8个种)的果实表面微形态进行观察,结合前人对伞形科其他类群果实微形态特征的研究及近年来分子系统学证据,对变豆菜属的种间分类进行研究。结果显示,变豆菜属植物果实的形态大小、皮刺弯曲程度和果柄蜡质纹饰丰富多样。研究表明变豆菜属是一个自然类群,果实表面钩刺结构有利于该属植物的传播及扩散,果实微形态特征具有分类学价值,可作为种间分类的依据。根据变豆菜属果实表面微形态特征,编制了该属植物分种检索表。     

中国15种变豆菜属植物的花粉形态及系统学分析

利用光学显微镜和扫描电子显微镜对变豆菜属15种植物的花粉形态进行观察。结果表明,变豆菜属15种植物的花粉大小为（28.51~54.29） μm~（12.23~28.98） μm,极轴与赤道轴比值（Polar axis/Equatorial axis）为1.48~2.46,具三孔沟。花粉粒赤道面观有近矩形、赤道收缩形、长椭圆形等类型,其中近矩形和赤道收缩形占多数;极面观为圆形或三角圆形。在扫描电镜下,其外壁表面纹饰为网状。我们研究结果支持在伞形科变豆菜亚科中,变豆菜属植物的花粉具有中等进化、比较进化的形态特征,花粉形态可为个别物种的分类处理提供孢粉学证据。     

红花变豆菜叶绿体基因组结构及同属种间关系研究

红花变豆菜（Sanicula rubriflora F. Schmidt）是有药用价值的植物,全株干燥后与其他药用同属植物易混淆,种间关系存在争议,通过高通量测序技术对红花变豆菜叶绿体基因组测序,利用生物信息学方法对测序数据进行拼接、注释,首次报道红花变豆菜叶绿体基因组结构及特点,利用叶绿体基因组数据,提供种间分类新证据,并且分析相关类群的进化关系。S. rubriflora叶绿体基因组序列的长度为155 721 bp,其中包括一个85 981 bp的大单拷贝区（large single copy,LSC）和一个17 060 bp的小单拷贝区（small single-copy region,SSC）,它们被两个26 340 bp的反向重复区（inverted repeat sequence,IRs）隔开。红花变豆菜叶绿体基因组GC含量为38.20%,包含129个基因,其中84个蛋白质编码基因,37个tRNA基因和8个rRNA基因。红花变豆菜叶绿体基因组结构具有高度保守性,其中编码基因共有51 907个密码子,最多编码5 095个亮氨酸,最少编码689个色氨酸,简单重复序列分析共发现32个位点,大多数是单碱基重复的A/T类型。叶绿体基因组聚类结果支持天胡荽亚科（Hydrocotyloideae）是伞形科（Umbelliferae）内比较原始的类群;变豆菜亚科（Saniculoideae）和芹亚科（Apioideae）为姊妹类群,是伞形科较进化的类群;变豆菜属植物是一个相对自然的类群;红花变豆菜与黄花变豆菜（S. flavovirens）为近缘姊妹种,但是两者形态和地理分布差异较大。该研究结果为变豆菜属属下种间鉴定及其种间演化奠定基础。     

变豆菜属11种植物的叶表皮微形态特征研究

为探讨叶表皮微形态特征在变豆菜属植物中的系统及分类学意义,我们利用扫描电镜对变豆菜属11个种(13个居群)的叶表皮微形态特征进行了研究。结果表明,11种变豆菜属植物叶表皮微形态特征较稳定,上表皮细胞轮廓大多不清晰,初级蜡质纹饰均存在条状纹饰,表皮上均粘附着颗粒物;下表皮均存在气孔,气孔周围存在均匀分布的纹饰,气孔外拱盖表面大多有颗粒状纹饰,并且其二级纹饰类型、气孔周围纹饰、气孔外拱盖内缘纹饰等叶表皮微形态特征上存在一定差异。上述研究结果可为探讨变豆菜属类群界定及种间关系提供重要依据。