蕨类植物叶绿体rps12基因的分子进化研究

以68种蕨类植物和2种石松类植物的rps12基因为对象,在系统发育背景下,结合最大似然法,使用HyPhy和PAML软件对该基因进行进化速率和适应性进化研究。结果显示:位于IR区的外显子2~3,其替换率明显降低,rps12基因编码序列的替换率也随之降低,且rps12基因密码子第3位的GC含量明显升高;在蕨类植物的进化过程中,3′-rps12更倾向定位于IR区,以保持较低的替换率;rps12基因编码的123个氨基酸位点中,共检测到4个正选择位点和116个负选择位点。研究结果表明基因序列进入到IR区后,显示出降低的替换率;强烈的负选择压力表明RPS12蛋白的高度保守性以及rps12基因的功能和结构已经趋于稳定。     

油菜叶绿体核糖体蛋白基因rps7的克隆和序列分析

从甘蓝型油菜（Ｂｒａｓｓｉｃａ ｎａｐｕｓ ｃｖ．Ｈ１６５）叶绿体基因组克隆得到了编码核糖体蛋白的基因ｒｐｓ７。经序列分析得知，该基因编码区包含个核苷酸，编码一个分子量为２０ １０９ Ｄ、由１５５个氨基酸组成的蛋质。该基因的核苷酸和编码的氨基酸序列与烟草对应基因的同源性皆高达９７％；而与水稻对应基因的同源性为９０％和８４％。该基因不含内含子，没有典型的ＳＤ序列，但在５’端－２５～－２２位发现一个与     

油菜叶绿体核糖体蛋白基因rps7的克隆和序列分析(英文)

从甘蓝型油菜 (Brassicanapuscv .H1 65)叶绿体基因组克隆得到了编码核糖体蛋白的基因rps7。经序列分析得知 ,该基因编码区包含 468个核苷酸 ,编码一个分子量为 2 0 1 0 9D、由 1 55个氨基酸组成的蛋白质。该基因的核苷酸和编码的氨基酸序列与烟草对应基因的同源性皆高达 97% ;而与水稻对应基因的同源性分别为 90 %和 84%。该基因不含内含子 ,没有典型的SD序列 ,但在 5’端 - 2 5～- 2 2位发现一个与烟草psbA基因的顺式作用元件RBS2完全相同的TGAT框。与烟草和水稻的同源序列比较 ,该基因在 3’端非编码区变异较大 ,发生了多次插入和缺失。构建了包含该基因在内的一个 1 .0kbDNA的限制性内切酶图谱。所报告的基因序列已登录GenBank。     

蕨类植物叶绿体基因ycf94的分子进化研究

ycf94基因是近年来在叶绿体基因组中新发现的一个基因,在蕨类植物中表现高度保守。该研究共选取94种蕨类植物,在系统发育背景下,对ycf94基因的结构特征、密码子偏好性、进化速率和适应性进化进行分析。结果表明, ycf94基因的密码子偏好性较弱,偏好使用以A/U结尾的密码子,且不同物种间的偏好性存在一定差异。密码子偏好性的形成主要受到突变压的影响,同时也存在其他因素的作用;基于凤尾蕨科和其他蕨类中ycf94基因的结构特征存在区别,对两者的分子替换速率进行了比较,表明颠换率、非同义替换率和ω值间存在显著差异;仅检测出1个正选择位点74A,强烈的负选择作用表明ycf94基因的结构和功能基本趋于稳定。这为蕨类系统发育分析提供了新依据,并提供了解析ycf94基因功能的线索。     

40种蕨类植物matK基因的系统分类及分子进化研究

采用“放松分子钟”模型、氨基酸位点正选择模型和分子内共进化网络估算方法,对蕨类植物Ⅱ型内含子成熟酶蛋白K(Maturase K,MATK)编码基因matK的进化趋势进行研究。结果显示:matK基因在蕨类植物系统学研究中具有一定的应用价值,与rbcL基因和psaA基因联合后能显著提升系统发育树的可信度;蕨类植物MATK蛋白中存在少数曾经历正选择的位点;MATK蛋白内部有多对氨基酸位点共同构成共进化网络。在被子植物兴起环境改变后,MATK蛋白部分位点发生适应性进化,通过位点间共进化网络协同作用方式提升蕨类植物对新光合环境的适应能力。     

蕨类植物psaA基因的分子进化研究

采用“放松分子钟”模型、氨基酸位点正选择模型和分子内共进化网络估算方法,对蕨类植物光合系统Ⅰ核心蛋白PSAA编码基因psaA的进化趋势进行了研究。结果显示,叶绿体基因psaA编码区全序列具备成为蕨类植物系统发育关系重建位点的潜力,与rbcL基因联合后能构建高后验概率的系统发育树;蕨类植物的PSAA蛋白中存在一些曾经历正选择的氨基酸位点,其中29个位点聚合成为16个共进化组,通过共进化网络的方式协同影响光合系统Ⅰ的内部调整,提升其在被子植物兴起后光合环境下的适应能力。本文对蕨类植物进化潜能与分子机理的研究结果为揭示蕨类植物适应新生境提供了科学依据,也为植物系统分类学研究提供了分子依据。     

杨树叶绿体3′rps12基因,rps7基因和ndhB基因片段的克隆及序列分析

通过烟草叶绿体相关序列设计引物 ,从杨树的叶绿体基因组中克隆出 2个相邻的DNA片段 .经分析发现 ,这 2个DNA片段包含核糖体蛋白 3′rps12、rps7基因和NADH脱氢酶第二亚基ndhB基因片段 .利用DNAMAN等软件 ,将扩增到的杨树叶绿体DNA片段与烟草、拟南芥、玉米和黑松的相关序列进行比较 ,证实所扩增的片段具有较高的保守性 ,尤其是在这 3个基因的编码区 ,同源性均在 90 %以上 .插入或缺失常发生在基因间隔区 ,同源性在 80 %左右 ;对其编码区所推导的氨基酸序列进行了比较 ,同源性均在 92 %以上 .首次克隆了杨树叶绿体的部分DNA序列 ,详细报道并分析了杨树 3′rps12、rps7基因和ndhB基因片段及其边界序列信息 .所报告的基因序列均已登录GenBank .     

蕨类植物叶绿体rps12基因的分子进化研究

以68种蕨类植物和2种石松类植物的rps12基因为对象,在系统发育背景下,结合最大似然法,使用Hy Phy和PAML软件对该基因进行进化速率和适应性进化研究。结果显示:位于IR区的外显子2～3,其替换率明显降低,rps12基因编码序列的替换率也随之降低,且rps12基因密码子第3位的GC含量明显升高;在蕨类植物的进化过程中,3'-rps12更倾向定位于IR区,以保持较低的替换率; rps12基因编码的123个氨基酸位点中,共检测到4个正选择位点和116个负选择位点。研究结果表明基因序列进入到IR区后,显示出降低的替换率;强烈的负选择压力表明RPS12蛋白的高度保守性以及rps12基因的功能和结构已经趋于稳定。     

念珠藻属植物hetR基因的适应性进化分析

以念珠藻属(Nostoc)及其近缘类群hetR基因的51条序列为研究对象,对hetR基因的编码蛋白进行生物信息学分析和系统发育分析,并使用分支模型、位点模型和分支-位点模型进行该基因位点的适应性进化研究。系统发育分析结果显示,51条hetR基因蛋白序列可分为4个大分支。适应性进化分析结果表明,在3种进化模型中,大多数分支及藻株都没有检测到统计学上具有显著性的正选择位点,说明检测的位点大多处于负选择压力下。但在普通念珠藻(Nostoc commune,CHAB2802)中检测到正选择位点(126T),提示念珠藻属植物hetR基因发生了适应性改变。     

蕨类植物psbD基因的适应性进化和共进化分析

D2蛋白是植物光系统Ⅱ复合体（PSⅡ）核心蛋白之一,由叶绿体psbD基因编码。为了深入理解核心薄囊蕨类植物在阴生环境下的“辐射”式演化,我们对12种蕨类植物的psbD基因进行了克隆和测序,然后联合已公布的其他8种蕨类植物的psbD序列,基于ω值（非同义替换率ds和同义替换率ds的比值）探讨了该基因经受的选择压力。发现D2蛋白在大多数分支和位点受到强烈的负选择,但是树蕨类分支的psbD进化速率低且ω值较高。借助多种模型进行的共进化分析显示,树蕨类D2蛋白的168R、245H和272M两两组成具有共进化关系的氨基酸位点对。     

凤尾蕨科植物rbcL基因的适应性进化分析

为深入理解蕨类植物辐射式物种分化的分子适应机制,在时间框架下,采用位点模型和分支-位点模型对凤尾蕨科植物rbcL基因的进化式样进行了分析.通过比较模型M1a/M2a和M7/M8,在氨基酸水平上共鉴定出6个正选择位点:1491、251M、255V、282F、359S和375F,其中位点282F对维持Rubisco功能有重要作用.分别检验凤尾蕨科的附生分支和水蕨类分支发现,前者不具适应性进化位点,而后者有两个位点(230A和247C)经历正选择.相对于荫蔽的光条件,水生生境可能对RbcL亚基的选择作用更强.另外,基于UCLD分子钟模型估算出的风尾蕨科各分支分化时间表明,该科物种丰富度的辐射式增长发生在新生代渐新世,推测古、始新世最热事件可能对物种分化的形成也产生一定作用.这对认识薄囊蕨类如何应对被子植物兴起导致的陆地生态系统改变具重要意义.     

Reinstatement of Chiastocaulon Carl (Plagiochilaceae), Based on Evidence from Nuclear Ribosomal ITS and Chloroplast Gene rps4 Sequences

Abstract: Morphological approaches have led to controversial opinions regarding the systematic position of the Asian Jungermannia dendroides Nees within the family Plagiochilaceae. In recent times, the taxon was treated both as genus Chiastocaulon Carl, as a member of Plagiochila sect. Dendroideae Gottsche, Lindenb. and Nees, and as a representative of Plagiochila subgen. Chiastocaulon (Carl) Inoue. Sequences of the chloroplast‐encoded rps4 gene and the internal transcribed spacers of nuclear ribosomal DNA of 28 representatives of the Plagiochilaceae and Herbertus subdentatus (Herbertaceae, outgroup) were obtained to test the different hypotheses. Maximum likelihood analyses were performed, both on the separate and combined data sets, and in all cases resulted in a single optimal topology. The different phylogenies were congruent, but the analyses of the combined data set led to an overall more significant bootstrap support. Jungermannia dendroides was placed in a moderately supported clade with Pedinophyllum interruptum and Plagiochilion mayebarae, sister to the well supported Plagiochila clade. The topology justifies the recognition of Jungermannia dendroides as genus Chiastocaulon. Plagiochila frondescens (Nees) Lindenb., P. fruticosa Mitt. and P. pulcherrima Horik., placed alongside Chiastocaulon/Plagiochila dendroides by some authors, form a robust clade within Plagiochila (Dumort.) Dumort., assignable to P. sect. Fruticosae Inoue. The three species share the dendroid habit and alternating foliation with Chiastocaulon dendroides but lack well developed ventral intercalary branches. 11 sectional clades with robust bootstrap support were identified within the Plagiochila lineage. Many morphological characters of monophyletic lineages within the Plagiochilaceae appeared homoplastic, indicating that a natural subdivision of the family is only possible by the integration of molecular data. The molecular topologies justify a hierarchical subdivision of Plagiochila at some point in the future; however, well supported sectional groups of the molecular trees will presumably lack morphological autapomorphisms.     

凤尾蕨科旱生蕨类rbcL基因的适应性进化和共进化分析

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco,EC 4.1.1.39）是植物参与光合作用的关键酶,其大亚基由叶绿体rbcL基因编码。为深入理解凤尾蕨科植物对干旱生境的分子适应机制,本研究以53种凤尾蕨科旱生植物的rbcL基因为对象,展开适应性进化和共进化研究。采用位点间可变ω比值模型以及SLAC、REL和FEL等方法进行的适应性进化分析显示：在氨基酸水平上共有15个正选择位点（66S、84E、139L、235G、245I、252A、273Y、295K、296N、299M、307G、330E、349S、365F、404A）,其中位点245I、252A和273Y对维持Rubisco功能起重要作用。共进化分析共鉴定出2组共进化位点,分别由139L、273Y、295K和273Y、295K、349S组成,这些氨基酸位点间的共进化方式与蛋白质的疏水性和分子量都显著相关。以上结果一方面支持基于ω比值检验DNA编码序列发生适应性进化的有效性,另一方面也提示凤尾蕨科植物对干旱生境的适应可能与rbcL基因的适应性进化有关。     

线蕨属（水龙骨科）的系统发育研究：来自叶绿体rbcL和rps4-trnS序列的证据

线蕨属Colysis 植物主要分布于亚洲热带和亚热带地区,少数种类分布至非洲、澳大利亚(昆士兰)及新几内亚地区.自1849年成立以来,线蕨属的分类范畴和系统位置一直有待确定.本文利用叶绿体基因组的rbcL、rps4基因和rps4-trnS基凶间隔区序列,运用最大简约法和贝叶斯方法分析了线蕨属及其近缘类群的系统演化关系.研究结果显示:(1)线蕨属和薄唇蕨属Leptochilus(含似薄唇蕨属Paraleptochilus)组成一个支持率很高的单系分支(C-L Clade),但是薄唇蕨属的成员位于线蕨属的不同支系内,支持线蕨属和薄唇蕨属合并为一个属;(2)瘤蕨属Phymatosorus单独形成一个单系分支;(3)星蕨属Microsorum是一个多系类群,除Microsorium linguiforme、M.varians和M.pustulatum与马来群岛的Lecanopteris聚在一起外,其他的星蕨属成员均位于不同的支系上.本文的系统发育分析结果为线蕨属和薄唇蕨属的分类处理提供了分子系统学的证据.     

用叶绿体rbcL和rps4-trnS区序列确定亚洲特有单型属——篦齿蕨属的系统位置

篦齿蕨属Metapolypodium Ching是亚洲大陆特有植物, 仅含篦齿蕨Metapolypodium manmeiense (Christ) Ching 1种, 分布于中国西南及其邻近地区, 其系统位置一直是一个有待解决的问题。本文用叶绿体rbcL和rps4-trnS区序列探讨篦齿蕨属的系统位置。我们对篦齿蕨及其近缘类群的叶绿体rbcL和rps4-trnS区进行PCR扩增和序列测定。用最大简约法、邻接法和贝叶斯推断法对自测序列结合由GenBank下载的rbcL和rps4-trnS区序列进行独立和联合的系统发育分析, 所构建的系统发生树的拓扑结构基本一致。结果显示: 篦齿蕨属与多足蕨属Polypodium L. emend. Ching的关系较疏远, 而与水龙骨属Polypodiodes Ching和拟水龙骨属Polypodiastrum Ching的成员聚成一个支系, 与栗柄水龙骨Polypodiodes microrhizoma (C. B. Clarke ex Baker) Ching的关系最近。根据本文的研究结果, 我们赞成秦仁昌1978年的分类系统, 即分别承认多足蕨属、篦齿蕨属、水龙骨属、拟水龙骨属和棱脉蕨属Schellolepis J. Sm.为独立的类群。根据分子系统学证据, 宜将栗柄水龙骨转移到篦齿蕨属中。     

植物居群的基因流动态及其相关适应进化的研究进展

生物自然居群间的基因流不但可以阻止遗传分化以维持物种的完整性,而且也能积极响应生物多样化的进程。理解与基因流相关的适应性进化及其内在机理将有助于我们更好地认识生物物种形成和多样化的原始动力以及真正原因。该文通过对植物种内和种间居群基因流动态进行讨论,阐述了近年来有关植物基因流动态的一些重要理论观念和研究进展,以期为相关领域动态及趋势研究提供参考。     

Molecular phylogeography of the moss Tortula muralis Hedw (Pottiaceae) based on chloroplast rps4 gene sequence data

Abstract: Tortula muralis is a moss species of cosmopolitan distribution, for which we present chloroplast rps 4 sequence data. The sequences provided a sufficiently high degree of divergence ( h = 0.878, θ= 0.00989 ± 0.0000106, a total of 18 haplotypes for 49 accessions) for the degree of differentiation between regions from different continents to be investigated. In fact, 18.53 % of the variation found corresponded to differences between these regions, while 81.43 % was attributed to intra-region differences. Only the Japanese area differed significantly from other regions. Some haplotypes are found on several continents, while others are restricted to certain areas. Six of the seven sequenced plants from Japan belong to a haplotype only found there. The phylogenetic analysis suggests that Tortula muralis might be paraphyletic, with Tortula vahliana nested within the Tortula muralis clade. At present, it is not clear whether gene flow between the different clades of Tortula muralis is a continuing process or whether Tortula muralis is an example of cryptic speciation.