植物nrDNA ITS致同进化不完全现象及其进化意义

nrDNA是个多基因家族,在基因内往往有成千上万的拷贝,但通常只包含有一种序列,即所谓致同进化.因此,nrDNA ITS被广泛应用于植物系统与进化研究当中.近年来,部分研究发现,一些植物类群的基因组内nrDNA ITS也存在着较高的多样性,即致同进化不完全现象.该文就裸子植物和被子植物中nrDNA ITS存在致同进化不完全现象的原因和特点,nrDNA ITS假基因的识别,以及其进化意义等进行了综述.     

樟属植物ITS序列多态性分析

对樟科樟属(Cinnamomum Schaeffer) 17个代表样本的核糖体DNA内转录间隔区(nrDNA ITS)进行克隆测序。对获得的87条不同ITS序列的长度变异、GC含量、5.8S区二级结构的稳定性、遗传距离、进化模式以及系统发育关系进行了相关分析。研究结果显示, ITS序列在樟属植物内存在明显的多态性, 87条序列中的22条序列被鉴定为假基因序列, 其余65条序列为功能基因序列; 假基因序列采用中性进化模式, 变异明显大于功能序列。ITS序列在樟属植物中出现一致性进化不完全和假基因现象也可能发生在樟科其它类群中, 这可能是导致樟科植物ITS序列直接测序方式成功率低的重要原因。     

植物核基因组核糖体基因间隔区序列的结构特点及其在系统发育研究中的应用

目前,在植物系统发育研究中应用较多的核基因组的核糖体DNA基因间隔区序列主要有5S rDNA基因间隔区、内转录间隔区ITS和基因间间隔区IGS.虽然这些间隔区序列在长度、结构等方面各不相同,但都具有进化速率较快的特点,在植物属及属下分类水平的系统发育关系研究中非常有用.本文重点就核基因组的5S rDNA基因间隔区以及IGS在植物中的特点以及各自在植物系统发育研究中的应用进行了综述.     

苏铁nrDNA ITS区的序列多态性:不完全致同进化的证据

本研究对苏铁(Cycas revoluta) nrDNA ITS进行克隆测序, 并以cDNA ITS为参照, 比较分析获得的序列的碱基变异、GC含量、5.8S二级结构的稳定性和5.8S保守基序的有无以及系统发育关系。结果发现苏铁nrDNA ITS存在较高的基因组内多样性, 同时, 这些分化的nrDNA ITS拷贝中包含有假基因的存在, 而且假基因与功能拷贝之间已经形成了较大的遗传分化, 这暗示假基因起源有较长历史。苏铁核仁组织区不仅多达16个, 而且分布在13条染色体上, 这可能是其nrDNA ITS致同进化不完全的主要原因。     

分析水稻APETALA2类基因的系统发育和表达模式

多基因家族经历着生与死的进化并因此有助于生物的创新性进化。APETALA2类基因属于AP2转录因子家族中euAP2分支。该类基因具有特征性基元,并存在于蕨类植物、裸子植物和被子植物中。系统发育分析表明这类基因经历了生与死的进化。原位杂交和RT-PCR结果表明水稻的5个APETALA2类基因在表达模式上既是冗余又是不同的。根据基因系统发育树和表达模式讨论了这些基因的功能。     

基于核rDNA的ITS序列在种子植物系统发育研究中的应用

种子植物核rDNA是高度重复的串联序列,由于同步进化的力量．大多数物种中这些重复单位间已发生纯合或接近纯合。5．8S rDNA把核rDNA的内转录间隔区分为ITS1和ITS2两部分．在被子植物中ITS1的长度为165～298bp,ITS2的长度为177～266bp,而在裸子植物中ITS片段较长。且其长度变化主要由ITS1的长度变异所致。可对这两个片段PCR产物进行直接测序或克隆测序。由于ITS序列变异较快．能够提供较丰富的变异位点和信息位点,已成为被子植物较低分类阶元的系统发育和分类研究中的重要分子标记,为探讨多倍体复合体网状进化关系,异源多倍体的起源提供了重要的系统学信息．但它一般不适合科以上水平的系统学研究。裸子植物中ITS片段较长,重复序列间的纯合程度不同,测序比较困难．因此对探讨裸子植物系统发育和分类受到了一定的限制,但近年来有所发展。     

四照花亚属的nrDNA ITS致同进化不完全

四照花亚属(Cornus subg.Syncarpea)隶属于山茱萸科山茱萸属(Cornus),我国该亚属共有5种8亚种。为探讨四照花亚属nrDNA ITS序列的致同进化不完全现象及假基因产生的可能原因,分析了该亚属4种(每种1~2个居群)共21个个体的nrDNA ITS序列。结果表明,这些类群的nrDNA ITS存在多态性,通过分析这些nrDNA ITS克隆序列的G+C含量、5.8S保守基序和二级结构最小自由能,推测其可能存在假基因。系统发育研究结果显示所有nrDNA ITS序列分成5个分支,同一个体的不同拷贝被分别置于两个甚至多个分支中,且不同分支显示了不同种间关系。四照花亚属物种个体内部存在nrDNA ITS不完全致同进化,可能归咎于不完全的世系分选(incomplete lineage sorting)、种间杂交或多倍化等进化事件,从而导致基因组内nrITS区序列出现多态性,同时也导致难以通过外部形态来划分亚属内种间界限。     

nrDNA ITS和cpDNA rpl16基因测序法对六种鼠尾草的检测

为从鼠尾草属植物中鉴别丹参品种,采用基因测序方法,用核糖体核酸内转录间隔区基因(nrDNA ITS),编码核蛋白体大亚基多肽L16的基因(rpl16)及叶绿体DNA上包含trnL以及trnL和trnF间隔区的区域基因(trnL-trnF)的序列,检测六种鼠尾草属新鲜植物.由于nrDNA ITS和rpl16突变率较高,可以做为6种鼠尾草的基源鉴定标记,依此设计了两对特异引物,从6种鼠尾草中鉴定出丹参(Salvia miltiorrhiza)和云南鼠尾草(S.yunnanensis).但trnL-trnF突变率太低,未能用于鉴别.商品干燥中药材因加工和储藏的方式致使DNA降解严重,基因测序法难于应用.     

荔枝nrDNA ITS序列多态性分析

为了解荔枝nrDNA ITS序列多态性,对荔枝4个品种的nrDNA ITS序列进行克隆测序,分析其序列特征、核苷酸多态性、遗传距离、5.8S保守基序、二级结构最小自由能、系统发育树及rRNA二级结构等。结果表明,荔枝nrDNA ITS序列在品种间、品种内均存在多态性,同时包含假基因序列,表明其ITS序列逃离了致同进化。分子方差分析（AMOVA）显示,荔枝nrDNA ITS序列遗传变异主要来源于品种内。自然杂交可能是荔枝ITS序列产生多态性的主要原因。     

云南山茶(Camellia reticulata) nrDNA ITS序列多态性分析

对云南山茶 (Camellia reticulata) 8个品种的核核糖体DNA内转录间隔区(nrDNA ITS)进行克隆测序,将获得的ITS序列进行GC含量、 5.8S区二级结构的稳定性、替代模式、核苷酸多样性及系统发育关系的相关分析.实验结果显示,云南山茶8个品种的ITS序列存在丰富的基因组内多态性,同时包含中性进化的假基因,表明其ITS序列逃离了一致性进化.云南山茶ITS序列多态性的原因可能来自广泛的种间杂交,以及rDNA位点在基因组中有不确定的物理位置.ITS假基因为品种的物种形成研究提供了更全面的遗传证据,同时也提示了利用ITS假基因进行系统发育分析可能会对其真实的系统关系造成影响.     

核糖体DNA ITS区序列在植物分子系统学研究中的价值

本文就近年来国内外有关被子植物核糖体ＤＮＡ中的内转录间隔区（ＩＴＳ）序列在植物属内,近缘属间乃至科内系统发育研究中的应用,结合作者在中国姜科山姜属（Ａｌｐｉｎｉａ Ｒｏｘｂ．）上的研究,对ＩＴＳ区序列在植物分子系统学研究中的价值作一简要综述,对其应用前景也进行了讨论。     

长苞铁杉nrDNA内转录间隔区及5.8S的二级结构分析研究

核糖体RNA及相邻区域的二级结构研究,作为一个重要的工具,已在一些分类等级上被应用于系统发育的分析。以长苞铁杉为实验材料,通过克隆、测序,利用最小自由能原理预测nrDNA内转录间隔区及5.8S转录本的二级结构,分析它们的结构特点,探讨假基因化拷贝与功能拷贝结构上的差异。分析结果表明:(1)ITS1区的二级结构主要由几个延展的发夹结构组成,配对的亚重复单位在松科植物特有的保守序列处有部分重叠,未配对的亚重复单位通常能自身折叠,保守序列的部分碱基出现在发夹结构的环中;(2)假基因化拷贝二级结构的自由能比正常拷贝高;(3)与正常拷贝的二级结构相比,假基因化拷贝在进化速率很低的5.8S功能区发生较大的变异,且在5.8 S末端没有和26 S连接配对。     

ITS序列的特点及其在昆虫学研究中的应用

随着PCR技术和DNA测序技术的成熟及广泛应用,分子数据的分析和利用逐渐成为生物学研究的重要手段。基因组中含有丰富的遗传信息,运用核基因序列或将核基因与线粒体基因序列相结合作为遗传标记,研究昆虫的系统发育,已成为分子系统学领域的发展趋势。由于长度适中、易于扩增、进化速度快、变异性高等优点,核糖体基因中内转录间隔区(ITS)已在昆虫系统学研究中得到广泛的应用。本文介绍了ITS序列的结构特点,重点对ITS序列在近缘种及种型快速鉴定、属及属上高级阶元系统学研究、谱系生物地理学及与其它基因联合分析昆虫系统进化关系等研究中的应用及前景进行了综述。     

DNA序列在植物系统学研究中的应用

植物DNA序列由于进化速率上的差异而适用于不同分类阶元的系统发育研究,因此,针对某一特定的系统学问题选择相应合适的分子片段是分子系统学研究中最为关键的一步。在前人研究的基础上,主要讨论了目前分子系统发育和进化研究中一些常用的DNA序列的适用范围,包括nrDNA的18S基因及ITS等非编码区,cpDNA的编码基因（rbcI、matK、ndhF、atpB）及非编码区序列（rpL16、rpoC1、rps16、trnL-F和trnT-L）和应用较少的mtDNA。研究表明,18S、rbcI等编码基因及mtDNA一般适用于较高分类阶元甚至整个种子植物谱系间的系统发育的探讨,而ITS及cpDNA的非编码区序列等因其较快的进化速率多用于较低分类阶元的系统关系研究。     

核rDNA的ITS序列在被子植物系统与进化研究中的应用

被子植物与其它高等真核生物相似,核rDNA是高度重复的串联序列。由于同步进化的力量,绝 大多数物种中这些重复单位间已发生纯合或接近纯合。核rDNA的内转录间隔区(ITS)包含被5.8S rDNA所分隔的ITS1和ITS2两个片段,ITSl的长度为187～298bp,ITS2为187～252bp,经PCR扩 增后可以方便地对这两个片段进行直接测序或克隆测序。ITS序列变异较快,可以提供较丰富的变异 位点和信息位点,已证实它是研究许多被子植物类群系统与进化的重要分子标记,不仅可用于解决科、 亚科、族、属、组内的系统发育和分类问题,而且可用于重建多倍体复合体的网状进化关系,探讨异源多倍体的起源过程,然而,正是由于ITS序列变异较快,它一般不适于科以上水平的系统发育研究。     

国家自然科学基金委员会生命科学部1998年度资助重点科学基金项目一览表(46项)

项目名称负责人单位名称原核生物发育与分化谭华荣中国科学院微生物研究所植物特征性基因的分子进化及其在系统发育中的应顾红雅北京大学用中国珍稀濒危雉类的生态适应机制及保护对策研究郑光美北京师范大学稻区蜘蛛群落结构和功能的研究王洪全湖南师范大学台湾海峡两岸生物地理格局及其与古地理的关系张昀北京大学大气CO2升高与水生生物的关系高坤山中国科学院水生生物研究所基因组信息学的研究袁建刚中国医学科学院基础医学研究所信号调节蛋白SIRP的三维结构、基因和功能研究王红阳中国人民解放军第二军医大学生物大分子光（辐射）致损…     

植物抗病基因的进化

植物抗病基因在进化中形成了几种共有的进化形式。植物祖先抗病基因的复制创造了新基因座。基因间和基因内重组导致了变异,也导致了新特异性抗病基因的产生。另外,与特异性识别相关的富含亮氨酸重复区顺应于适应性选择。同样,类转座元件在抗病基因座中的插入加速了抗病基因的进化。随着抗病基因的进化,抗病反应也呈现出多样化,代表着植物与病原物动态进化的不同阶段。     

rDNA ITS区序列分子标记技术在植物学研究中的应用

在植物学研究中,人们越来越多地采用核糖体DNA内转录间隔区（ITS）作为分子标记。本文对近10年来rDNA ITS序列在植物系统发育、分类与鉴定、种质资源以及病虫害的鉴定与防治中的应用等方面的研究进展进行了综述,并对ITS序列的应用前景进行了初步探讨。     

miR-171基因家族进化分析及靶基因预测

运用生物信息学方法在miRBase中搜索植物miR-171基因家族的序列,分析miR-171序列的进化特征并预测其靶基因。结果表明,在38种植物中共搜索到219条miR-171序列,大部分miR-171基因都存在于基因间隔区。进化分析表明,miR-171基因家族的进化与物种进化关联不大。采用3个miRNA靶基因预测软件对大豆和玉米miR-171基因的靶基因进行预测,发现了miR-171可能参与生长因子、转录因子、蛋白酶等的调控,作用范围非常广泛。     

ITS假基因对栎属系统学研究的影响及其对分子系统学研究的启示

核糖体rDNA ITS是被子植物系统发育研究中应用最广泛的分子标记之一。以前人们认为同一物种中的ITS序列因致同进化而使不同拷贝高度一致,在分子系统学研究中常以ITS1-5.8S-ITS2序列作为构建系统进化树的基础。近年来,在对一些被子植物的研究中发现这段序列在同一物种中具有多态性,有些拷贝中的5．8S区不具编码功能,人们把含有不具编码功能5．8S区的ITS1-5．8S-ITS2序列定义为ITS假基因序列,它对同源基因致同进化的假设形成了新的挑战。在诸多应用ITS序列重建系统进化关系的研究中,栎属系统学研究因ITS假基因的发现而倍受关注。本文以栎属为例回顾了ITS假基因的发现过程,分析了其对该属系统学研究的影响,为分子生物学在植物系统进化研究中的应用提供一些新的参考。