利用單拷貝核基因重建被子植物系統發育關係的研究

《利用單拷貝核基因重建被子植物系統發育關係的研究》是依託復旦大學，由張寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：利用單拷貝核基因重建被子植物系統發育關係的研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張寧

項目摘要

被子植物分子系統學已取得了巨大進展，但某些關鍵類群的系統位置還存在分歧。迄今為止，只有葉綠體、線粒體和極少數核基因被用來重建被子植物系統發育關係。由於細胞核和葉綠體、線粒體的遺傳方式不同，所以來自核基因的證據是必不可少的。項目申請者在前期研究中已利用SMC1基因重建了被子植物系統發育關係，結果顯示基於SMC1基因和基於葉綠體基因組數據得到的結論大體一致，同時還得到了和前人明顯不同的結論。由於單基因提供的信息畢竟有限，本項目擬在前期工作的基礎上，繼續從SMC、MCM、RAD51、MSH、MLH等核基因家族中選擇15-20個核基因，嘗試解決被子植物各大類群之間的關係、推測被子植物各大類群的起源時間並摸索這些基因對於低等分類階元系統發育重建的適用性。本項目的開展不僅可以加深我們對被子植物進化過程和系統關係的認識，而且還將為植物分子系統學家提供良好的分子標記以便套用。

結題摘要

被子植物分子系統學已經取得巨大進展，但證據主要來自於葉綠體和線粒體，很少有研究利用核基因重建被子植物系統發育關係。但葉綠體和線粒體大都採用單親遺傳方式，與之相反，核基因繼承了父母雙方的遺傳信息，更加完整地紀錄進化歷史。鑒於次，本項目利用低拷貝核基因研究被子植物各大類群之間的親緣關係並為分子系統學家提供良好的分子標記。鑒於此，本項目主要開展了以下方面的工作。一、通過比較基因組學鑑定了1083個備選的低拷貝核基因並分析了低拷貝基因的特性；二、採集了67種植物的新鮮材料，成功提取了總RNA，並通過改良的PCR方法從67個物種中擴增得到了SMC1，SMC2，MCM5，MSH1和MLH1的基因序列，比對後的矩陣長度達到10022bp，通過不同的計算方法重建了被子植物各大類群之間的親緣關係。我們發現，通過核基因重建的被子植物系統發育關係和前人基於葉綠體和線粒體得到的結果總體上一致，但的確存在一些明顯的差異，而且某些位置的支持率為100％。表明與線粒體和葉綠體比較，核基因的確記載了不同的進化歷史，所以，來自核基因方面的證據對於被子植物系統發育重建是必不可少的，以上結果發表在國際著名植物學期刊（190個植物學期刊中排名第6，2011年影響因子為6.645）New Phytologist上。三、為了向研究具體類群的分子系統學家提供便利的核基因分子標記，我們選擇了進化速率較快的5個核基因（MCM5，MLH1，AT3G26730，AT2G47990和AT3G54630），並以十字花科為研究對象進行了研究。我們從13個十字花科物種中擴增得到了5個基因的序列，結合基因組已測序的5個物種，重建了十字花科大類群之間的關係。結果表明，這些基因易於擴增，而且提供的信息位點比常用的分子標記高很多（matk，rbcL等），各分支之間的支持率也很高，以上結果受約稿發表在中國自然科學核心期刊《植物分類與資源學報》上。總的來說，我們第一次大規模使用低拷貝基因重建被子植物各大類群之間的關係並得到了意想不到的結果。以上研究成果已受到同行廣泛關注，有些核基因已經在其它類群中（金粟蘭科、衛矛屬、蜘蛛抱蛋屬和鼠尾草）開始試用。