松科nrDNA的進(jìn)化研究.pdf

1、核核糖體DNA(nrDNA)已被作為一個(gè)重要的標(biāo)記，用于推斷很多分類等級(jí)上的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。相對(duì)于在被子植物中的快速致同進(jìn)化，nrDNA在裸子植物中的致同進(jìn)化速率低，且ITS和5S-NTS區(qū)有著較大的長度變異，這種現(xiàn)象在松科植物中尤為明顯。在本研究中，我們克隆并測(cè)定了銀杉屬的5SrDNA以及冷杉屬、銀杉屬、雪松屬、油杉屬、長苞鐵杉屬、金錢松屬與鐵杉屬的ITS序列。基于獲得的新數(shù)據(jù)，再結(jié)合前人報(bào)導(dǎo)的其它屬的數(shù)據(jù)，我們探討了如下四個(gè)問題：(1

2、)松科nrDNAITS1亞重復(fù)單位的組成、分布及進(jìn)化；(2)ITS1區(qū)的長度變異與亞重復(fù)單位數(shù)目的關(guān)系以及它們的系統(tǒng)學(xué)意義；(3)松科ITS1的二級(jí)結(jié)構(gòu)特征；(4)銀杉5SrDNA編碼區(qū)及非轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)的結(jié)構(gòu)特征。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.ITS區(qū)的序列分析
　　 ITS區(qū)的克隆及序列分析發(fā)現(xiàn)：(1)松科ITS1的長度變異范圍為944-3271bp，這是目前已報(bào)導(dǎo)的真核生物中屬間ITS變異最大的類群之一；(2)所有松科

3、植物的ITS區(qū)域都包含亞重復(fù)單位，亞重復(fù)單位的數(shù)目從2到9，并且這些亞重復(fù)單位可分為兩種類型，即不含保守核心序列(5'-GGCCACCCTAGTC)的長亞重復(fù)單位(LSR)和含上述保守核心序列的短亞重復(fù)單位(SSR)；(3)ITS1區(qū)的巨大長度變異主要?dú)w因于亞重復(fù)單位的數(shù)量變異；(4)ITS1區(qū)的GC含量與它的序列長度和亞重復(fù)單位的數(shù)目有一定關(guān)系，并能夠提供一些系統(tǒng)發(fā)育信息，特別是支持云杉屬、松屬和銀杉屬三者具有很近的親緣關(guān)系。

4、　　 2.ITS1亞重復(fù)單位的系統(tǒng)發(fā)育分析
　　 為了研究亞重復(fù)單位的進(jìn)化關(guān)系，我們用最大似然法和最大簡約法構(gòu)建了松科ITS1亞重復(fù)單位的系統(tǒng)發(fā)育樹。結(jié)果表明：(1)在ML和MP樹中可發(fā)現(xiàn)有共同的五個(gè)分支；(2)銀杉比松科其它屬擁有更多的SSR，且該屬的所有9個(gè)SSR在系統(tǒng)樹中構(gòu)成一個(gè)單系支，表明它們是在銀杉屬內(nèi)發(fā)生重復(fù)的；(3)一些SSR在屬間和種間具有同源性，可為nrDNAITS的進(jìn)化歷史以及松科的系統(tǒng)發(fā)育研究提供重要信息

5、；(4)亞重復(fù)單位的多次重復(fù)以及伴隨的重組可能是導(dǎo)致LSR和SSR在松科不同屬中分布式樣不同的原因。
　　 3.松科ITS1的二級(jí)結(jié)構(gòu)
　　 用Mfold3.2軟件對(duì)松科所有11個(gè)屬的ITS1區(qū)進(jìn)行了二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，共獲得了563個(gè)最低自由能折疊。結(jié)合以前關(guān)于松科二級(jí)結(jié)構(gòu)的報(bào)導(dǎo)，我們分析的結(jié)果表明：(1)松科ITS1的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要由幾個(gè)延展的發(fā)夾結(jié)構(gòu)組成；(2)構(gòu)象的復(fù)雜性與亞重復(fù)的數(shù)目呈正相關(guān)；(3)配對(duì)的亞重復(fù)單位通常

6、在保守核心區(qū)(5'-GGCCACCCTAGTC)處有部分重疊，并且構(gòu)成一個(gè)長莖，而其它的亞重復(fù)單位通常會(huì)自身折疊，且保守核心區(qū)的部分出現(xiàn)在發(fā)夾結(jié)構(gòu)的環(huán)中。
　　 4.銀杉5SrDNA序列分析
　　 我們對(duì)來自銀杉不同群體的3個(gè)個(gè)體的5SrDNA進(jìn)行了克隆，共獲得45條序列，分析結(jié)果表明：(1)絕大多數(shù)銀杉5SrDNA編碼區(qū)長度為120bp，以GGG開頭，以CTC結(jié)尾，編碼區(qū)出現(xiàn)的堿基替代主要為轉(zhuǎn)換；(2)銀杉與其它裸子植

7、物相比，5SrDNA基因編碼區(qū)具很高的相似性(90-99％)；(3)間隔區(qū)含有一個(gè)poly-C和一個(gè)poly-T結(jié)構(gòu)、兩個(gè)TC豐富區(qū)以及五個(gè)GC豐富區(qū)。根據(jù)長度和序列特征，銀杉的5SrDNA間隔區(qū)可分為三種類型：TypeA長751-764bp，TypeB長770-807bp(含一個(gè)32bp的插入)，TypeC長581-594bp；(5)長間隔區(qū)(TypeA，TypeB)中含有兩個(gè)148-175bp的串聯(lián)亞重復(fù)單位，該亞重復(fù)單位與短間隔區(qū)

8、(TypeC)中的一段143bp的序列具有較高的相似性(56.0-66.8％)。
　　 5.銀杉5SrRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)
　　 Mfold3.2預(yù)測(cè)結(jié)果表明：(1)銀杉5SrRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)包括5個(gè)雙螺旋區(qū)(干區(qū))(Ⅰ-Ⅴ)、2個(gè)發(fā)夾結(jié)構(gòu)環(huán)區(qū)(C和D)、3個(gè)中間環(huán)區(qū)(B1、B2和E)和1個(gè)鉸鏈區(qū)(A)，鉸鏈區(qū)為三個(gè)雙螺旋的結(jié)合處；(2)二級(jí)結(jié)構(gòu)中的環(huán)區(qū)通常比雙螺旋區(qū)更加保守；(3)在5個(gè)雙螺旋中，Ⅰ和Ⅳ區(qū)有較高的堿基替代率。