银杉的分子谱系地理学研究

银杉（Cathaya argyrophylla）是中国特有的濒危裸子植物，孤立分布于我国亚热带山地。虽然以往等位酶和RAPD标记的研究表明，银杉群体的遗传多样性水平很低而群体间的遗传分化很高，但迄今对该种群体的动态变化以及物种的进化历史仍缺乏了解，包括影响群体遗传结构的因素以及物种可能的避难所等，对如何有效地保护和恢复银杉群体仍缺乏科学依据。本文根据8个核基因片段和2个线粒体片段的序列数据，运用群体遗传学和谱系地理学方法，探讨了银杉在DNA水平上的多样性和群体的动态历史，探讨了影响银杉特殊的群体遗传结构的各种因素，并推测了银杉第四纪冰期的避难所，对银杉花粉活力及其变异进行检测。在此基础上，提出了保护和恢复银杉群体的具体策略和措施。主要研究结果如下： 　　1. 核甘酸多态性和群体遗传结构 　　从101个核基因片段中筛选了8个适用于银杉的片段，对来自四个地区15个群体共86个个体的胚乳总DNA进行了扩增和测序。8个核基因座位的平均核苷酸多态性（θs＝0.0022，πs＝0.0027）显著低于其它松杉植物遗传多态性的多座位估计值。四个地区中，大瑶山（DY）的多态性最高（θs＝0.0026，πs＝0.0027），八面山（BM）最低（θs＝0.0014，πs＝0.0018），大娄山（DL）和越城岭（YC）介于二者之间。大多数座位内的多态位点间紧密连锁，座位间的连锁只在八面山地区检测到。AMOVA分析表明显著性的多态性比例存在于地区间（20.05％）和地区内群体间（9.37％）。FST分析也显示群体间（FST＝0.294）和地区间（FST =0.131-0.319）存在显著的遗传分化。推测伴随着瓶颈效应而出现的遗传漂变及其有限的基因流（Nm=1.2）是导致银杉群体低水平多态性和群体间强烈分化的主要原因。 　　2．谱系地理学分析 　　利用2个线粒体片段（nad1和nad4）序列以及高变异量的核2009片段序列对银杉的谱系地理进行了探讨。2个线粒体片段的多态位点组合成3种单倍型，将银杉分成大娄山（DL）、八面山（BM）以及越城岭（YC）和大瑶山（DY）3个地区，地区间的单倍型完全不同（GST=1.0），结合核基因呈现的群体遗传结构，推测现存银杉群体至少来源于4个冰期避难所，相当于银杉现存的4个相互隔离的地区。2009座位上12个变异位点组合成8种单倍型，位于单倍型谱系内部节点的4种祖先单倍型分布广泛、出现频率最高，其它7个核基因座位具有类似谱系结构。遗传距离和地理距离没有相关性，NST (0.138)与GST (0.134)没有显著性差异，说明现存的银杉群体是相对较近的时间内片断化的产物。2009片段分离位点的失配分布（mismatch distribution）呈双峰和多峰，表明银杉群体没有经历近期的扩张，与古生物学研究证据相吻合。 　　3. 银杉的基因杂合性和花粉生命力 　　利用2009和cad两个核基因片段，采用多胚乳序列法得到总的杂合体比率为64％（2009）和60％（cad），说明银杉群体中存在高比例的杂合体。大娄山地区的杂合体比率是八面山地区的2倍。银杉杂合体比率的高低可能与其遗传多态性有关，也可能是自然选择的结果。采用TTC染色法对银杉的花粉生命力进行了测定，在干燥低温条件下银杉花粉的活力很稳定，保存一年后有活力的花粉数仍高达80％以上。通过对来自两个地区（DY和YC）7个群体共16个银杉个体花粉活力的测定发现，银杉有活力花粉比例高达93.3％，与其它裸子植物相当。花粉活力在地区间和群体间存在显著差异，花坪地区（95.2%）的花粉活力高于大瑶山（91.3%）。花粉活力在群体内个体间差异不显著。 　　4．银杉的进化历史及其保护 　　银杉的低水平的遗传多样性和独特的群体遗传结构对我们推测其冰川期避难所提供了重要依据。本研究在银杉4个孤立分布区发现了彼此不重叠的线粒体单倍型，同时核基因表现出了4个地理群，说明随着第四纪冰期气候的波动和银杉分布范围的片段化，原来广布的群体逐步萎缩，最后被保留在位于西部大娄山（DL），东部八面山(BM)，中南部越城岭(YC)和南部大瑶山(DY) 4个相互隔离的避难所。银杉独特的群体结构和动态历史对进一步制定相应的保护措施具有重要参考价值。由于遗传多态性很低，群体又小，几乎所有现存的银杉群体都面临由于随机事件导致的物种灭绝。更严重的是，当前该物种的适生环境不断恶化和片段化，以及异常低的生殖和存活率导致银杉与其它物种竞争能力很低。因此，除目前采取的原地保护策略外，迁地保护应给予优先考虑。此外，采用传统的控制授粉策略（在遗传上有显著差异的群体间开展人工杂交）是丰富其遗传多态性、恢复衰退群体的可行措施之一。

sporamin A ipt嵌合质粒的构建及其对马铃薯的转化

细胞分裂素在植物的生长、发育过程中起着重要的作用，来源于农杆菌Ti质粒上基因4区域的ipt基因特异地编码控制细胞分裂素生物合成中的关键酶－－异戊烯基转移酶。 启动子是一类非常重要的基因表达调控元件，在植物的生长、发育过程中控制着基因的时空及顺序表达。来源于甘薯的Sporamin有两种类型（A和B），它是甘薯块根中的主要贮藏蛋白，并且特异地在块根中表达。我们将sporamin A启动子和ipt基因嵌合构成双元载体pBz213，使之进入农杆菌，然后再转化马铃薯，已经得到了具有卡那霉素抗性的小植株，进一步的检测工作正在进行中。在马铃薯块茎中可望异戊烯基转移酶特异地合成，并且能够增加细胞分裂素的水平。

构树种质资源遗传多样性SRAP分子标记研究

构树（Broussonetia papyrifera L.）为桑科（Moraceae）构树属（Broussonetia）落叶乔木，广泛分布于亚洲东部及太平洋岛屿。它是我国重要的经济林木，具有重要的经济价值，其树皮纤维品质优良，自古就是造纸的优良原料；叶片可用作饲料；果实具有重要的药用价值；环境适应性强，是迅速绿化荒山、荒滩和盐碱地的理想树种。因此对构树这些特性的深入研究和开发利用具有非常重要的实际应用价值。本研究以日本和国内构树主要分布区域的的10种生态型及杂交构树共23份材料，摸索并改进了构树DNA的提取方法，建立了稳定的SRAP分子标记体系，以杂交构树组培苗为材料从120对引物组合中筛选出条带信息较高的17对SRAP引物，以这些引物对23份构树材料进行PCR扩增和标记分析。 本研究取得的主要结果如下： （1）本实验首次将SRAP技术应用于构树的研究中，建立起构树稳定的SRAP-PCR反应体系；实验中对影响扩增的5个主要因素进行了优化，确定20 μL PCR反应体系中各因素最适浓度：模板DNA浓度80 ng/(20 μL)，Mg2+浓度2.0 mM，dNTP浓度0.6 mM，引物浓度0.8 mM，Taq 酶浓度1.5 U/(20 μL)。 （2）从120对引物组合中筛选出来的17对SRAP引物对21份不同生态型构树样本（21份材料指的是除两份杂交构树材料外的其它生态型构树，以下同）进行PCR扩增，共扩增出439条带，平均每对引物25.5条，其大小介于100～1,000 bp之间，其中多态性条带319条，占总数的72.67%。 （3）用Popgene1.32软件进行分析，计算出Shannon信息指数（I）值为0.2275（0.2042），物种水平的Nei基因多样性（H）值为0.1336（0.1436），表明各生态型构树之间的平均遗传多态性不高，中国大陆各生态型构树Shannon信息指数（I）值仅为0.1675（0.2271），物种水平的Nei基因多样性（H）值为0.1039（0.1540），群体遗传多样性较低，构树的遗传分化主要存在于中国和日本之间。 （4）用NTSYS-2.10e软件进行聚类分析，发现不同生态型构树按距离关系远近及分布区域可划分为不同类群。在遗传相似系数0.57附近，对21份材料进行聚类分析发现其可分为两个群体，一类为日本生态型，另一类为中国生态型，表明日本构树与中国野生种构树种源遗传相似性较小。中国各生态型构树在遗传相似系数0.91处可分为5类，总体而言，中国各地区之间的构树遗传相似度较高。对杂交构树分析表明，其亲缘关系与日本构树（母本）更接近。 （5）日本及杂交构树的SCAR标记。本研究找到两条日本及杂交构树的特异性条带，回收、测序，再根据序列往里重新设计引物，转变成稳定性更好，更直观的SCAR标记，这为挑选性状优良的日本及杂交构树提供重要的参考，对其育种有一定的指导意义。其中一条片段经与NCBI数据库比对发现与拟南芥磺基转移酶家族基因具有较高的同源性。