系统与进化植物学国家重点实验室

系统与进化植物学国家重点实验室的历史可追溯到1928年在北平成立的静生生物调查研究所植物部和1929年成立的国立北平研究院植物研究所。1987年经中国科学院批准正式成立了中国科学院植物研究所系统与进化植物学开放研究实验室,2001年更名为“系统与进化植物学重点实验室”。2005年3月国家科技部正式发文批准成立“系统与进化植物学国家重点实验室”,依托单位是中国科学院植物研究所。实验室的总体定位和研究方向是利用多学科研究手段,开展植物物种多样性的起源和演化、系统发育重建以及进化机制等重大基础理论研究,取得具有重要国际影响的原创性研究成果,培养该领域的高层次人才。主要研究领域为植物分类、区系和生物地理学,植物的起源和系统发育重建,居群生物学和保护遗传学,进化发育和进化基因组学。     

形态性状、分子性状与同源性

“同源性（homology）”是生物学中最基本的概念之一。近年来,随着分子生物学、生物信息学、发育生物学以及进化发育遗传学等学科的快速发展,同源性一词在形态性状的比较、核苷酸和氨基酸序列的分析以及探讨形态性状进化的分子机制等方面都有广泛应用。然而,由于不同的研究者对同源性概念的理解有所不同,在实际应用中难免会出现不恰当使用“同源性”一词并得出错误结论的情况。本文从不同的角度介绍了如何对同源性进行判断以及影响同源性判断的因素。并指出正确理解同源性这一概念的含义,以及通过综合各方面的证据对同源性进行推断对于揭示基因型和表型的进化以及二者之间的关系非常重要。     

鸡8个功能基因5'-侧翼区与内含子的 SNP多样性比较

本研究旨在探讨鸡功能基因5'-侧翼区的单核苷酸多态性(SNP)水平.作者以自来航鸡、隐性白洛克鸡、杏花鸡、丝羽乌骨鸡、固始鸡、红色原鸡为材料,扩增了GH、DDBC1、RIKEN、RASGRP3、IGF1、THRSP、VIP及PRL共8个基因的5'-侧翼区DNA序列.扩增序列全长为8,399 bp,SNP的总数为161个,平均每52 bp出现一个SNP.8个功能基因5'-侧翼区核苷酸多样性的θ均值和π均值分别为0.00620±0.00110和0.00559±0.00100.比较检验表明,5'-侧翼区的SNP多样性显著低于内含子区域.5'-侧翼区是基因表达的一个重要调控区域,在分子进化和系统发生过程中承受着比内含子区域更大的选择压,其较低的SNP多样性是适应性较好的表现.Tajima检验与Fu和Li检验表明,与鸡繁殖性状显著关联的VIP基因和PRL基因很可能是人工选择或自然选择的目的基因.     

鸡磷酸甘油酸激酶(PGK)基因的差异表达与低氧适应性

通过测序检测了藏鸡、白莱航鸡和寿光鸡调节细胞葡萄糖代谢的糖酵解酶磷酸甘油酸激酶(PGK)编码基因的基因组序列, 发现了4个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)为藏鸡与其他两个品种之间的差异. 实验表明其中1个SNP即外显子10上第59位A→G突变(第379位氨基酸由M变为T)后具有低氧诱导因子(HIF-1)结合位点, 即含有低氧应答元件(HRE). 机体受低氧刺激时HRE与HIF-1的结合活性会相应增加. 低氧孵化可导致胚胎死亡率升高, 且发育正常胚胎A→G的突变率非常高, 具有低氧适应性. 研究指出, PGK基因的M→T突变是低氧适应有利突变, 在低氧刺激下, 低氧诱导因子-1将上调骨骼肌组织糖酵解酶PGK基因的表达, 利用糖酵解途径为机体提供能量, 满足机体活动需要, 进而适应外界环境.     

中国植物系统和进化生物学研究进展

植物系统和进化生物学旨在探讨植物物种多样性的起源、多样化及其进化的机制, 是综合性越来越强的研究领域。2017年在深圳召开的第19届国际植物学大会(IBC 2017)为中国学者提供了一次难得的展示自身实力的机会和舞台, 同时也极大地推动了中国植物系统与进化生物学领域的研究。值此大会召开5周年之际, 本文拟就中国系统和进化生物学领域近年来取得的主要进展和突破做一简要回顾, 以帮助读者了解中国植物系统和进化研究的发展态势, 并在此基础上展望未来该领域的发展趋势以及面临的机遇和挑战。在过去5年中, 中国学者在植物系统与进化生物学领域的各个方面均取得了令人鼓舞的成绩和突破, 涉及植物起源和物种多样性格局的演变、植物分类和系统发生重建、物种形成和适应性进化、种间互作和协同进化、新性状的起源及其进化发育机制、植物多倍化的机制和多倍体进化、物种濒危机制和物种保护以及栽培植物的起源和驯化等等。这些研究成果不仅在数量上而且在质量上有显著提升, 受到国际学界的广泛关注, 意味着中国学者已经成为国际该领域研究的重要力量, 并将在国际植物系统和进化研究领域发挥更大的作用。     

内唇在蜉金龟亚科中用于分属和分族的分类学价值

【目的】蜉金龟亚科（鞘翅目：金龟科）成虫外部形态高度趋同,种间相似性大,属族等高级阶元的鉴别特征混乱,因此构建新的形态指标系统极为重要。近年来内唇形态广泛应用于蜉金龟的分类学研究,并能有效区分部分种类,然而内唇在高级阶元的分类学价值和应用范围仍未可知。【方法】本文选取276属818种金龟为研究对象,其中包括蜉金龟亚科7族259属799种,以及外群样本17属19种（蜣螂亚科13属14种,沙金龟亚科4属5种）,利用几何形态学手段量化蜉金龟内唇的形态学信息,评估了属级和族级的区分度,并联合支序系统学方法,重建了蜉金龟祖先内唇形态。【结果】根据主成分分析显示,属级阶元的形态总方差为0.032 131 27,族级为0.032 914 63,内唇在属族间变异程度接近（两者相差约3%）,揭示了内唇形态在高级阶元间基本保持稳定,适合用于分类鉴定。为了进一步探索内唇在高级阶元的分类归属是否也接近,随之对样本进行判别函数分析。结果显示,仅基于内唇形态,98.49%的属可被正确鉴定,族级有98.41%的正确率,表明内唇在属级阶元间的判别归类略胜于族级阶元,内唇适合应用于高级阶元的判别归类。结合系统发育树,重建的内唇祖先形态显示其多变区域包括上内唇根基部、侧缘,内唇前区和内唇外缘等6个特征,不仅验证了前人对内唇的部分特征应用,也发现了新的形态指标。【结论】本研究利用定量形态学方法证实了内唇适用于蜉金龟高级阶元分类,同时为外部形态趋同类群提供了新的特征筛选与评估范式。     

植物孤基因研究进展

孤基因(orphan genes)处在一个特殊的进化分支上,和其他任何已鉴定的基因没有显著的序列相似性。孤基因普遍存在于每个物种中,比较基因组学分析发现所有已测序的物种中均包含一部分孤基因,不同的筛选条件所获得的数量不等。孤基因经常与各种胁迫响应、物种特异性进化和物质代谢调节相关联。但多数孤基因没有被很好的注释,甚至没有可以被识别的功能结构域,为孤基因的功能表征带来了一定困难。相对于保守基因而言,孤基因的研究较少,这就导致了孤基因的重要性可能被“埋没”。本文从孤基因起源与进化、植物孤基因筛选及功能等方面进行了综述,并分析了目前存在的挑战和未来的研究重点与解决方案,以期为研究孤基因功能及其作用机制提供理论基础。     

热带珊瑚岛不同生活型植物叶片性状及其生态适应性意义

为探究热带珊瑚岛植物对高温、高光照、土壤贫瘠生境的适应性,对热带珊瑚岛不同生活型植物叶片功能性状及其生态适应策略差异进行研究。结果表明,不同生活型植物叶片全N、纤维素含量,C/N、水分利用效率和比叶面积存在显著差异;叶片功能性状间的显著相关性表明植物在资源分配和生长投资间存在权衡;不同物种在珊瑚岛生境中采取不同的生态策略,且呈现明显趋异性。在热带珊瑚岛植被恢复实践中,可优先选择的乔木树种为抗风桐(Pisonia grandis),灌木为银毛树(Tournefortia argentea),但同时要防范飞机草(Chromolaena odorata)、孪花蟛蜞菊(Wollastonia biflora)和南美蟛蜞菊(Sphagne- ticola trilobata)的扩张。     

海南岛滨海沙生植物叶片功能性状分异及其与土壤因子的关系

为探讨滨海沙生植物对环境的适应策略,对海南岛滨海沙生植物单叶蔓荆、苦郎树、马缨丹、飞机草、假马鞭、厚藤的叶片主要功能性状分异特征及其土壤因子的关系进行了研究。结果表明,热带滨海沙生植物叶片功能性状存在明显的种间分异,叶片功能性状不仅受植物种类的影响,还受土壤因子影响;比叶面积呈现草本>灌木>藤本的规律;叶片的N/P为7.78~10.85,热带滨海沙生植物生长受土壤氮限制;叶片功能性状中Na含量的变异系数最大(18.46%~76.36%),说明不同植物对Na+的吸收存在较大差异,这将影响其在滨海沙地的自然分布;比叶面积、叶干物质含量与叶片的K、Na含量呈负相关,叶N/P与土壤Na+含量呈负相关,叶片Na+含量与土壤有机质、全磷、全钾呈负相关,土壤盐分限制植物对氮磷的吸收,滨海沙生植物通过比叶面积变化来适应盐胁迫。因此,在滨海沙生植被恢复中,施加土壤肥力是其快速恢复的重要措施,叶片Na+含量可作为滨海沙生植物耐盐性筛选的主要指标。     

谷子抽穗期与农艺性状的相关与回归分析

抽穗期是农作物的重要性状,决定着作物的地区和季节适应性。明确不同谷子品种适合的种植区域,对生产实践具有重要意义。在海南、洛阳、吉林3个地区连续2年调查了160份谷子资源的抽穗期、株高、穗长、穗重等9个主要性状。相关性分析发现3个地区抽穗期与千粒重均呈负相关,而在海南、洛阳2个地区抽穗期与株高、叶片数、穗长、穗粗、穗重、穗码数、穗粒重均呈正相关,吉林地区抽穗期与穗粒重呈负相关,说明随着抽穗期的适当延长,谷子主要通过增加子粒数目提高产量,而抽穗期过度推迟,则可能导致产量潜力下降;方差分析表明,3个地区抽穗期对千粒重、株高、叶片数、穗长、穗粗、穗重、穗粒重、穗码数均有显著影响(P<0.05)。在海南,随着抽穗期的延长穗粒重递增,抽穗期40 d以上品种穗粒重最大;在洛阳,抽穗期50～60 d的品种穗粒重最高;在吉林,抽穗期70～80 d的品种穗粒重最高。求得每个品种在3个地区的穗粒重均值,以此为依据筛选出53份广生态适应性品种,在3个地区成功建立了叶片数、株高、穗码数对抽穗期的最佳回归方程。本研究表明一定抽穗期范围内谷子主要通过增加穗粒数而不是千粒重来实现增产,筛选出的广生态适应性谷子资源以及建立的回归方程为开展广适应育种、利用抽穗期信息对叶片数、株高、穗码数进行准确选择奠定了基础。