染色体数据的挖掘及其在植物多样性进化研究中的利用

多倍化（或全基因组加倍）是植物物种形成的重要途径,现存的被子植物可能都发生过一次甚至多次多倍化事件。多倍化传统的定义是染色体数目相对于祖先类群呈整倍性增加。其中最常用的研究方法是核型分析,核型能够提供物种的基本细胞学参数,包括染色体数目、倍性水平、核型不对称性、核型变异系数等。目前核型研究的趋势表现出从物种基本核型参数分析逐渐演化到多类群、多学科交叉融合的特点：一方面植物核型分析从种群、物种、科属的类群到生命之树,探讨染色体核型在各支系的进化特征、趋势以及驱动植物系统进化的细胞学机制;另一方面探讨和分析区域或生态系统植物区系的染色体谱或倍性等细胞学特征,可以探究区域地质环境变化或生态环境对染色体倍性等的影响,或通过区域染色体谱的构建,分析区域植物区系的形成和进化历史。因而,植物核型研究为系统发育、分子系统进化、生命之树以及植物区系地理的起源和演化研究提供了新思路。越来越多的新方法、新手段在植物核型分析与多倍化研究中得到运用,从而揭示了植物类群或植物区系的染色体进化以及细胞地理特征。今后植物细胞学研究趋势会向多学科交叉融合,整合各研究领域证据,从不同水平角度综合分析植物核型多样性形成的原因及意义,从而更加全面地认识和理解植物物种多样化与物种形成原因。     

染色体数据的挖掘及其在植物多样性进化研究中的利用

多倍化(或全基因组加倍)是植物物种形成的重要途径,现存的被子植物可能都发生过一次甚至多次多倍化事件。多倍化传统的定义是染色体数目相对于祖先类群呈整倍性增加。其中最常用的研究方法是核型分析,核型能够提供物种的基本细胞学参数,包括染色体数目、倍性水平、核型不对称性、核型变异系数等。目前核型研究的趋势表现出从物种基本核型参数分析逐渐演化到多类群、多学科交叉融合的特点:一方面植物核型分析从种群、物种、科属的类群到生命之树,探讨染色体核型在各支系的进化特征、趋势以及驱动植物系统进化的细胞学机制;另一方面探讨和分析区域或生态系统植物区系的染色体谱或倍性等细胞学特征,可以探究区域地质环境变化或生态环境对染色体倍性等的影响,或通过区域染色体谱的构建,分析区域植物区系的形成和进化历史。因而,植物核型研究为系统发育、分子系统进化、生命之树以及植物区系地理的起源和演化研究提供了新思路。越来越多的新方法、新手段在植物核型分析与多倍化研究中得到运用,从而揭示了植物类群或植物区系的染色体进化以及细胞地理特征。今后植物细胞学研究趋势会向多学科交叉融合,整合各研究领域证据,从不同水平角度综合分析植物核型多样性形成的原因及意义,从而更加全面地认识和理解植物物种多样化与物种形成原因。     

横断山区六种八居群鼠尾草属植物的核型分析

鼠尾草属(Salvia)是唇形科(Lamiaceae)最大的属,属下多种为民间常用草药,亦有供观赏的种类。为探究横断山区物种在细胞学水平的进化方式,讨论形态分类学与分子系统学之间的分类关系,该研究通过广泛收集染色体文献资料,采用植物常规压片法对采集自横断山地区6种8居群鼠尾草属植物进行核型分析,并构建了中国地区分布的鼠尾草属植物叶绿体系统发育树。统计结果表明:(1)全世界范围内报道了约23%的鼠尾草属植物染色体数据,其中分布在中国地区的鼠尾草属植物染色体报道率为32.10%,分布在横断山地区的鼠尾草属植物报道率为40.54%,(2)鼠尾草属植物染色体基数以x=8和x=11为主,分布在中国地区的鼠尾草属植物染色体基数均为x=8。实验结果表明:(1)西藏鼠尾草(S. wardii)核型数据为首次报道。(2)雪山鼠尾草(S. evansiana)首次在云南德钦地区发现二倍体居群。将细胞学数据结合叶绿体进化树开展染色体进化关联分析,论证多倍化可能不是鼠尾草属物种适应高海拔环境的主要机制,表明多倍体不是该属物种形成的主要进化途径而是以二倍体水平为主,推测染色体组的加倍可能是物种在形态学与分子系统学上分类关系不一致的原因之一。该研究丰富了横断山区鼠尾草属植物的染色体核型数据,结合区域分子系统树探讨染色体特征的进化关系,为今后深入研究该属物种的核型进化做出了探索,为开展祖先物种染色体基数推演分析补充了基础数据。     

天门冬科广义铃兰族的染色体数目与核型进化研究

广义铃兰族包括6属200余种单子叶植物,具有较为稳定的染色体数目以及明显的核型变化,是研究植物染色体进化非常理想的类群.该研究采用常规压片法对铃兰族5个物种植物的染色体形态、数目及其核型进行了观察分析,并全面收集和整理了铃兰族所有已报道的共81种253条的染色体记录,通过综合统计、重建系统发育树,探讨铃兰族属间以及各属...     

豹子花属及百合属13种25居群的核型研究

采用常规压片法对豹子花属6种11居群和百合属7种14居群进行了核型研究,并用不对称系数AI度量核型不对称性,以CVCL-CVCI散点图比较近缘类群之间的亲缘关系。结果表明： 1）除美丽豹子花 No-mocharis basilissa 为三倍体外,其余全为二倍体 2）核型在种间、居群间存在变异,特别是在随体染色体的数目和位置以及B染色体的有无上种间存在明显差别 3） CVCL-CVCI散点图显示豹子花属与百合属关系密切 4）染色体结构变异产生数量和类型不同的次缢痕,是豹子花属植物进化的主要方式。豹子花属在从其起源地和分化中心高黎贡山向四周扩散时,细胞核型方面伴随着出现了非整倍体、三倍体、 B染色体和次缢痕进化的类型.     

种间杂种染色体配对所揭示的披碱草属植物StY基因组分化及其进化意义

在同倍体(homoploid)植物杂交-分化的物种形成(speciation)过程中,杂交后代与亲本之间的有效生殖隔离是新物种形成的关键。杂种与亲本在时间、空间、生态环境和基因水平上的隔离,保证了杂种后代的分化和稳定,并逐渐形成新物种。为了研究披碱草属(Elymus)含StY基因组四倍体物种的系统演化关系,本文对来自亚洲不同地理分布区的26种披碱草属植物进行了大规模的种间杂交和杂种F1减数分裂染色体配对行为的分析。结果表明各物种之间有不同程度的杂交亲合力,杂交结实率在各杂交组合之间有较大的变异(在4．8％-100％之间);但各物种之间的杂种F1完全不育。证明各物种之间形成了明显的生殖隔离。种间杂种F1减数分裂中期-I染色体配对分析的结果进一步表明,StY基因组随各披碱草属物种地理分布的不同而有不同程度的分化。来自同一分布区(如东亚或西亚分布区之内)物种的StY基因组分化程度较低,但来自不同分布区(如东亚和西亚)物种之间相同的StY基因组具有显著的分化。表明地理隔离对含StY基因组物种的分化起到了十分重要的作用。通过对种间和种内杂种F1的减数分裂异常现象和染色体配对频率变化规律的分析,作者认为细胞学水平的变化,如基因组同源性的分化和染色体结构的变异等都在杂种后代与亲本之间产生生殖隔离并逐渐形成新物种的进化过程中起到了积极的作用。     

蜘蛛抱蛋属的细胞分类学研究Ⅱ

文章报道了13种蜘蛛抱蛋属植物的染色体核型,并对属内核型进化规律作了总结。作者认为随体染色体和第1对染色体可以作为本属核型的特征染色体。染色体数目变异与花部式样密切相关。本属植物原始的染色体基数为x=19。此外,对非整倍性变异的主要机制也进行了讨论。     

云南大叶茶细胞学研究

本文采用去壁低渗法研究了云南大叶茶的染色体核型,间期核形态和多核现象。结果表明大多数染色体是中部着丝粒染色体,5对是近中部着丝粒染色体,第7和12对染色体中各有1条具随体染色体。根据Levan等的分类原则,其核型为2n=20m+8sm+2sm(SAT),属于Stebbins核型分类的“2A”型,同时亦发现有“2B”型的核型。云南大叶茶间期核型为浓密分散型和复杂染色中央微粒型两种;并首次发现茶树中的多核现象,在所观察的1250个细胞中有6个是具双核细胞(占0.48％),有2个是具三核细胞占(0.16％)。另外,本文还对部份山茶属植物的核型进行了讨论。从核型上可以看出:(1)山茶属植物在进化上属于较原始的种系;(2)山茶属植物核型的进化基本符合Stebbins提出的植物界核型进化的规律,即对称—→不对称;(3)山茶属植物的核型在一定范围内变异甚大,这种变异没有一定的规律性。这些观点与张宏达提出的山茶属植物的分类系统基本吻合。带随体的染色体数目在山茶属植物核型的进化上没有什么明显的变化规律。     

Y基因组分化及其进化意义

在同倍体（homoploid）植物杂交－分化的物种形成（speciation）过程中,杂交后代与亲本之间的有效生殖隔离是新物种形成的关键。杂种与亲本在时间、空间、生态环境和基因水平上的隔离,保证了杂种后代的分化和稳定,并逐渐形成新物种。为了研究披碱草属（Elymus）含S_tY基因组四倍体物种的系统演化关系,本文对来自亚洲不同地理分布区的26种披碱草属植物进行了大规模的种间杂交和杂种F₁减数分裂染色体配对行为的分析。结果表明各物种之间有不同程度的杂交亲合力,杂交结实率在各杂交组合之间有较大的变异（在4.8%-100%之间）;但各物种之间的杂种F₁完全不育。证明各物种之间形成了明显的生殖隔离。种间杂种F₁减数分裂中期-I染色体配对分析的结果进一步表明,S_tY基因组随各披碱草属物种地理分布的不同而有不同程度的分化。来自同一分布区（如东亚或西亚分布区之内）物种的S_tY基因组分化程度较低,但来自不同分布区（如东亚和西亚）物种之间相同的S_tY基因组具有显著的分化。表明地理隔离对含S_tY基因组物种的分化起到了十分重要的作用。通过对种间和种内杂种F₁的减数分裂异常现象和染色体配对频率变化规律的分析,作者认为细胞学水平的变化,如基因组同源性的分化和染色体结构的变异等都在杂种后代与亲本之间产生生殖隔离并逐渐形成新物种的进化过程中起到了积极的作用。     

数量分析方法在种内变异研究中的运用

现代生物分类知识和进化理论的发展,已使越来越多的系统分类学家清醒地意识到:组成同一物种的不同个体或群体并非同一模式原封不动的拷贝,相反,在这些个体与个体之间、群体与群体之间,存在形形色色程度不同的形态变异。这些变异有些源自基因的重组或突变,有些则是环境诱导的产物。对这些形态变异进行研究,不仅有助于我们了解物种形成与进化的机制和途径,揭示各自然因素在物种进化中的作用;同时,对分类学而言,亦将有助     

铁线莲属21个类群的染色体核型分析

铁线莲属(Clematis L.)为毛茛科大属之一,具有重要的园艺与药用价值。为探讨铁线莲属植物染色体组演化规律,揭示属下组间及种间的亲缘关系,该研究采用常规压片法对铁线莲属21个类群的根尖进行处理、压片,对染色体的形态特征进行观察及核型分析,同时利用Ward联接法进行聚类分析研究。狭裂太行铁线莲、毛果扬子铁线莲、卷萼铁线莲、中印铁线莲、钝萼铁线莲的染色体形态为首次报道。结果表明:铁线莲属21个类群均为二倍体,染色体数均为16(2n=2x=16),除中印铁线莲外其他类群均具随体;长瓣铁线莲、钝萼铁线莲、芹叶铁线莲、褐毛铁线莲、C.flammula、毛果扬子铁线莲的染色体为“2B”型,其他类群染色体为“2A”型;铁线莲属核型不对称系数在60.29%~63.79%之间;铁线莲属植物染色体组表现的较为原始,种间核型存在广泛变异。综上结果表明,铁线莲属植物染色体数目应由二倍体向多倍体演化后通过多倍体的二倍化过程产生非整倍体方向演化。铁线莲属染色体的演化主要在二倍体水平上进行,通过产生染色体结构变异的方式实现,通过产生杂合染色体、加强核型不对称性、染色体类型改变以及随体染色体的变化四种途径进化。同时,核型特征在分组水平与物种水平上的划分与传统分类基本一致,说明核型分析可为铁线莲属下组一级分类提供一定的线索。该研究结果为铁线莲属植物系统分类、遗传演化与资源利用等研究领域提供了新的参考资料。     

植物开花时间: 自然变异与遗传分化

开花时间是植物的重要生活史性状。对模式植物的研究表明: 从感受内外环境信号开始到最终分化形成功能性花器官的过程涉及复杂的信号转导途径和调控网络; 开花时间受多种因子的调控, 而FT基因作为整合途径成分起到非常关键的作用。植物的花期变异在物种、群体和个体水平上具有复杂的自然变异模式, 且不同植物的花期变异随全球环境变化而具有不同的变异趋势。植物个体之间通过传粉进行的基因交流需要功能性开花时间的一致或重叠, 而花期变异会导致群体之间或群体内部亚群体之间的基因流障碍和遗传分化, 并可能导致邻域或同域的物种形成。该文分析了植物花期变异与群体遗传分化的关系, 认为决定开花时间的基因在物种分化中可能起到关键的作用, 而对开花时间自然变异模式的研究对于揭示晚近分化快速辐射物种的进化模式具有重要意义。     

植物开花时间：自然变异与遗传分化

开花时间是植物的重要生活史性状。对模式植物的研究表明： 从感受内外环境信号开始到最终分化形成功能性花器官的过程涉及复杂的信号转导途径和调控网络; 开花时间受多种因子的调控, 而FT基因作为整合途径成分起到非常关键的作用。植物的花期变异在物种、群体和个体水平上具有复杂的自然变异模式, 且不同植物的花期变异随全球环境变化而具有不同的变异趋势。植物个体之间通过传粉进行的基因交流需要功能性开花时间的一致或重叠, 而花期变异会导致群体之间或群体内部亚群体之间的基因流障碍和遗传分化, 并可能导致邻域或同域的物种形成。该文分析了植物花期变异与群体遗传分化的关系, 认为决定开花时间的基因在物种分化中可能起到关键的作用, 而对开花时间自然变异模式的研究对于揭示晚近分化快速辐射物种的进化模式具有重要意义。     

植物细胞核型的进化

生命从诞生开始,在经历了复杂的进化历程之后,才形成了现在丰富多彩的生物世界。在这一进化过程中,作为遗传物质的载体──染色体也发生了相应的进化。并且,核型的进化反映了生物的进化过程及各物种的亲缘关系。因此,对植物的核型进行分析将有助于对植物系统进化的认识。 在生物的进化过程中,物种形成是非常关键的一步。现代达尔文主义认为：生物进化的方式有两种,一是渐进式物种形成,即原来的种经过突变与选择,逐渐积累变异,首先形成地理族和生态族,然后分化成独立的新种。而还有少数学者认为种间进化不同于种内进化,新种形成…     

中国西南地区鹿药属4种15居群核型研究

对产于中国西南部的鹿药属（Maianthemum）4种植物进行了细胞学研究,包括染色体数目,多倍化,非整倍性和随体染色体,以及核型不对称性和核型进化。结果表明：1）除了在云南丽江采集的Maianthemum tatsienensis染色体数目为2n=72之外,其余的居群全为2n=36;2）核型在居群间存在变异,特别是在具中部染色体和近中部染色体的数目以及随体染色体的数目和位置上。此外,M．nanchuanense和M．szechuanicum的核型是首次报道,B染色体也是首次在该属中发现。我们推测鹿药属的进化方式包括频繁的染色体畸变以及不同水平上的多倍化,而中国西南部是该属的分化中心。     

基于淫羊藿属(Epimedium L.)核型似近系数的聚类分析及其系统演化意义

为揭示淫羊藿属(Epimedium L.)植物染色体组遗传与进化,阐明该属植物系统亲缘关系和现代地理分布格局形成。该文对淫羊藿属植物51个分类群(43种、1亚种、6变种和1个栽培品种)和2种温哥华属(Vancouveria Morren et Decne.)植物的根尖进行了有丝分裂中期染色体核型分析,并运用核型似近系数聚类分析方法对这53个分类群植物的核型进行了聚类研究。结果表明:所有种类的染色体数均为12,二倍体(2n=2x=12),第1对同源染色体均为随体染色体,核型均为Stebbins的2A或1A型。可见,淫羊藿属植物染色体组在遗传进化中确实较为保守,种间核型非常相似。核型似近系数聚类分析为淫羊藿属植物系统进化研究提供了一些明显的线索。分析结果完全支持该属属下两个亚属(Subgen.Rhizophyllum和Subgen.Epimedium)的划分。亚属Epimedium的核型似近系数聚类结果显示,该类群物种间的系统亲缘关系与地理分布密切相关。核型似近系数分析结果还发现,来自东亚地区的淫羊藿属植物染色体组具有明显的变异,显示了更高的遗传多样性。基于上述研究结果,推断了淫羊藿属植物现代地理分布格局的形成过程。该研究结果可为淫羊藿属植物的资源利用、系统分类和遗传演化等领域的研究提供参考。     

植物种内形态变异的机制及其研究方法

一、引言现代生物分类知识和进化理论的发展,已使越来越多的系统分类学家清醒地意识到:组成同一物种的不同个体或居群并非同一模式原封不同的拷贝,相反,在这些个体和居群之间存在着各种形式和程度不同的形态变异。对这些形态变异进行研究,不仅有助于我们了解物种形成与进化的机制和途径,揭示各自然因素在物种进化中的作     

12种酢浆草属植物核型分析

【目的】为了从细胞学角度明确12种酢浆草属（Oxalis）植物核型特征与亲缘关系,探究酢浆草属植物染色体的多样性,进一步为酢浆草种质资源鉴定与杂交育种亲本选择提供参考。【方法】应用根尖压片法对酢浆草属12个物种植物有丝分裂中期的染色体形态、数目及其核型进行观察分析。【结果】结果表明：（1）7个物种的染色体数目为首次报道,5种已报道物种中,兔耳酢浆草（O. fabaefolia）和黄花酢浆草（O. pes-caprae）染色体数目与前人报道一致,其余3种,与先前报道存在差异,其中2n=26为酢浆草属植物中首次报道的染色体数目,共发现7种染色体基数,其中x=13为首次报道,倍性范围从2x~6x;实际染色体大小范围为0.27~2.23 μm,着丝点位置为中部着丝点区（m）和亚中部着丝点区（sm）,核型类型共4种,核型不对称系数范围为56.31%~65.40%。（2）12种酢浆草属植物中兔耳酢浆草最为进化,扁平酢浆草（O. compressa）最为原始。（3）根据染色体核型相似性可将12个酢浆草属植物划分为4组。【结论】研究认为,12个酢浆草属物种具有广泛的核型多样性,核型分类结果与前人形态学分类不完全一致。     

植物染色体图象分析数据库在芸苔族分类研究中的应用

本文首次用电脑图象分析手段对芸苔族5属13种植物进行了核型分析。其中蓝花子Raphanus;sativus var．raphanistroides、白芥Sinapis alba等植物的核型分析结果,都是国内外首次报道的。笔者建立了十字花科芸苔族植物的染色体数据库,这是国内外第一个专科性的植物染色体图象分析数据库,并且首次将染色体图象分析数据库应用于分类学研究。例如,比较分析芸苔族植物种间的亲缘关系和分类地位,以及探索物种之间的演化关系,得到了若干新的核型论据。笔者认为,植物染色体图象分析数据库在植物分类学研究中具有应用前景。     

慈姑基因组大小鉴定及核型分析

【目的】慈姑(Sagittaria sagittifolia L.)是中国重要的园艺经济作物,其基因组大小的鉴定和核型分析对慈姑基因组学研究及分子遗传学研究必不可少,现阶段慈姑的基因组大小、染色体形态的尚不明确,本研究以期为慈姑的育种和物种进化提供更多的细胞学参考。【方法】研究采用流式细胞技术、荧光原位杂交技术,并参考裂解液配方,探针配置,对慈姑品种‘紫金星’（ZJX）的根尖进行基因组大小进行鉴定,并对其染色体形态进行分析观察。【结果】（1）所测慈姑为二倍体植物,‘紫金星’慈姑基因组为16 Gb左右。（2）利用DAPI荧光染色,获得其染色体数目稳定,且与端粒荧光原位杂交的结果完全吻合,均为22条,染色体类型有中部着丝粒,近中部着丝粒以及近端部着丝,近端部着丝粒最多,且未发现随体;核型公式为：2n=2x=22=6m+4sm+12st,属于Stebbins类型中的3B型,核型不对称系数为99.13。【结论】慈姑基因组大小中等,核型极不对称,进化程度较高。