Novel uncultivated labyrinthulomycetes revealed by 18S rDNA sequences from seawater and sediment samples

Labyrinthulomycetes (Labyrinthulea) are ubiquitous marine osmoheterotrophic protists that appear to be important in decomposition of both allochthonous and autochthonous organic matter. We used a cultivation-independent method based on the labyrinthulomycete-specific primer LABY-Y to PCR amplify, clone, and sequence 68 nearly full-length 18S rDNA amplicons from 4 sediment and 3 seawater samples collected in estuarine habitats around Long Island, New York, USA. Phylogenetic analyses revealed that all 68 amplicons belonged to the Labyrinthulea. Only 15 of the 68 amplicons belonged to the thraustochytrid phylogenetic group (Thraustochytriidae). None of these 15 were similar to cultivated strains, and 11 formed a novel group. The remaining 53 amplicons belonged either to the labyrinthulid phylogenetic group (Labyrinthulidae) or to other families of Labyrinthulea. that have not yet been described. Of these amplicons, 37 were closely related to previously cultivated Aplanochytrium spp. and Oblongichytrium spp. Members of these 2 genera were also cultivated from 1 of the sediment samples. The 16 other amplicons were not closely related to cultivated strains, and 15 belonged to 5 groups of apparently novel labyrinthulomycetes. Most of the novel groups of amplicons also contained environmental sequences from surveys of protist diversity using universal 18S rDNA primers. Because the primer LABY-Y is biased against several groups of labyrinthulomycetes, particularly among the thraustochytrids, these results may underestimate the undiscovered diversity of labyrinthulomycetes.

Differences in the rDNA-bearing chromosome divide the Asian-Pacific and Atlantic species of Crassostrea (Bivalvia, Mollusca)

Karyotype and chromosomal location of the major ribosomal RNA genes (rDNA) were studied using fluorescence in situ hybridization (FISH) in five species of Crassostrea: three Asian-Pacific species (C. gigas, C. plicatula, and C. ariakensis) and two Atlantic species (C. virginica and C. rhizophorae). FISH probes were made by PCR amplification of the intergenic transcribed spacer between the 18S and 5.8S rRNA genes, and labeled with digoxigenin-11-dUTP. All five species had a haploid number of 10 chromosomes. The Atlantic species had 1-2 submetacentric chromosomes, while the three Pacific species had none. FISH with metaphase chromosomes detected a single telomeric locus for rDNA in all five species without any variation. In all three Pacific species, rDNA was located on the long arm of Chromosome 10 (10q)-the smallest chromosome. In the two Atlantic species, rDNA was located on the short arm of Chromosome 2 (2p)-the second longest chromosome. A review of other studies reveals the same distribution of NOR sites (putative rDNA loci) in three other species: on 10q in C. sikamea and C. angulata from the Pacific Ocean and on 2p in C. gasar from the western Atlantic. All data support the conclusion that differences in size and shape of the rDNA-bearing chromosome represent a major divide between Asian-Pacific and Atlantic species of Crassostrea. This finding suggests that chromosomal divergence can occur under seemingly conserved karyotypes and may play a role in reproductive isolation and speciation.

Sequence analysis of the ITS region and 5.8S rDNA of Porphyra haitanensis

The sequences of the ITS (internal transcribed spacer) and 5.8S rDNA of three cultivated strains of Porphyra haitanensis thalli (NB, PT and ST) were amplified, sequenced and analyzed. In addition, the phylogenic relationships of the sequences identified in this study with those of other Porphyra retrieved from GenBank were evaluated. The results are as follows: the sequences of the ITS and 5.8S rDNA were essentially identical among the three strains. The sequences of ITS l were 331 by to 334 bp, while those of the 5.8S rDNA were 158 by and the sequences of ITS2 ranged from 673 by to 681 bp. The sequences of the ITS had a high level of homology (up to 99.5%) with that of P. haitanensis (DQ662228) retrieved from GenBank, but were only approximately 50% homologous with those of other species of Porphyra. The results obtained when a phylogenetic tree was constructed coincided with the results of the homology analysis. These results suggest that the three cultivated strains of P. haitanensis evolved conservatively and that the ITS showed evolutionary consistency. However, the sequences of the ITS and 5.8S rDNA of different Porphyra species showed great variations. Therefore, the relationship of Porphyra interspecies phyletic evolution could be judged, which provides the proof for Porphyra identification study. However, proper classifications of the subspecies and the populations of Porphyra should be determined through the use of other molecular techniques to determine the genetic variability and rational phylogenetic relationships.

Phylogenetic relationships of five species of Dorippinae (Crustacea, Decapoda) revealed by 16S rDNA sequence analysis

A molecular phylogeny is presented for the subfamily Dorippinae (including 9 individuals, representing 5 species and 4 genera), based on the sequence data from 16S rRNA gene. Two-cluster test between lineages in these phylogenetic trees has been performed. On the basis of rate constancy, the rate of nucleotide substitutions of 16S rDNA sequence data is estimated as 0.27% per million years. The analysis strongly supports the recognition of the Dorippinae as a monophyletic subfamily. Phylogenetic tree indicates that the subfamily Dorippinae is divided into two main clades, and genus Dorippe appears basal in the subfamily, diverging from other species 36.6 Ma ago. It is also clear that the Heikea is closely related to the genus Neodorippe. The divergence time between them is 15.8 Ma.

Development of rRNA and rDNA-targeted probes for fluorescence in situ hybridization to detect Heterosigma akashiwo (Raphidophyceae)

Heterosigma akashiwo (Hada) is a fragile, fish-killing alga. Efforts to understand and prevent blooms due to this harmful species to mitigate the impact on aquaculture require the development of methods for rapid and precise identification and quantification, so that adequate warning of a harmful algal bloom may be given. Here, we report the development and application of rRNA and rDNA-targeted oligonucleotide probes for fluorescence in situ hybridization (FISH) to aid in the detection and enumeration of H. akashiwo. The designed probes were species specific, showing no cross-reactivity with four common HAB causative species: Prorocentrum micans Ehrenberg, P. minimum (Pavillard) Schiller, Alexandrium tarmarense (Lebour) Balech, and Skeletonema costatum (Greville) Cleve, or with four other microalgae, including Gymnodinium sp. Stein, Platy-monas cordiformis (Karter) Korsch, Skeletonema sp.1 Greville and Skeletonema sp.2. The rRNA-targeted probe hybridized to cytoplasmic rRNA, showing strong green fluorescence throughout the whole cell, while cells labeled by rDNA-targeted probe exhibited exclusively fluorescent nucleus. The detection protocols were optimized and could be completed within an hour. For rRNA and rDNA probes, about a corresponding 80% and 70% of targeted cells could be identified and quantified during the whole growth circle, despite the inapparent variability in the average probe reactivity. The established FISH was proved promising for specific, rapid, precise, and quantitative detection of H. akashiwo. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Phylogeography of the Northern Atlantic species Chondrus crispus (Gigartinales, Rhodophyta) inferred from nuclear rDNA internal transcribed spacer sequences

Eighteen isolates of the red algae Chondrus crispus were collected from Northern Atlantic sites, together with C. ocellatus, C. yendoi and C. pinnulatus from the North Pacific. The nuclear rDNA internal transcribed spacer (ITS) was sequenced and compared, spanning both the ITS regions and the 5.8S rRNA gene. Percentage of nucleotide variation for C. crispus ranged from 0.3% to 4.0%. Phylogenetic analyses were performed using maximum parsimony (MP), neighbor-joining (NJ) and minimum evolution methods. They showed that two main clades existed within the C. crispus samples examined and that suggested C. crispus had a single Atlantic origin. The clustering however did not follow the geographic origin. We hypothesized that the current distribution of C. crispus populations might be a result of three main factors: temperature boundaries, paleoclimate and paleoceanography. ITS data exhibited abundant molecular information not only for phylogeographical investigation but also for systematics studies.

Ulva and Enteromorpha (Ulvaceae, Chlorophyta) from two sides of the Yellow Sea: analysis of nuclear rDNA ITS and plastid rbcL sequence data

Ulvacean green seaweeds are common worldwide; they formed massive green tides in the Yellow Sea in recent years, which caused marine ecological problems as well as a social issue. We investigated two major genera of the Ulvaceae, Ulva and Enteromorpha, and collected the plastid rbcL and nuclear ITS sequences of specimens of the genera in two sides of the Yellow Sea and analyzed them. Phylogenetic trees of rbcL data show the occurrence of five species of Enteromorpha (E. compressa, E. flexuosa, E. intestinalis, E. linza and E. prolifera) and three species of Ulva (U. pertusa, U. rigida and U. ohnoi). However, we found U. ohnoi, which is known as a subtropical to tropical species, at two sites on Jeju Island, Korea. Four ribotypes in partial sequences of 5.8S rDNA and ITS2 from E. compressa were also found. Ribotype network analysis revealed that the common ribotype, occurring in China, Korea and Europe, is connected with ribotypes from Europe and China/Japan. Although samples of the same species were collected from both sides of the Yellow Sea, intraspecific genetic polymorphism of each species was low among samples collected worldwide.

Living planktonic foraminifera from the northwestern Pacific Ocean: SSU rDNA sequences and their paleoceanographic significance

Living planktonic foraminifera (PF) samples from the Okinawa Trough of the northwestern Pacific Ocean were taken for DNA analysis. The SSU rDNA sequences of two PF species, Globigerina sp. and Pulleniatina obliquiloculata collected at Station WP01, were obtained and compared with those from the southwestern Pacific Ocean. Only small differences (< 0.7%-1.2% for P. obliquiloculata, and 0.3% for Globigerina sp.) were found between samples from the north- and south-western Pacific Ocean areas and this molecular evidence supported that these micropaleontological species are the same species, which implies that the West Pacific Ocean circulation system influences the planktonic foraminiferal gene communication.

胶州湾超微型浮游真细菌16s rDNA RFLP分析相关技术的研究

通过生态学与分子生物学相结合的方法，对胶州湾超微型浮游真细菌从16s rDNA的角度分析其多样性，建立了一系列行之有效的方法，对于今后开展特定的超微型生物的研究提供他有益的借鉴。主要结果如下：1.建立了行之有效的从极稀密度的海水中提取浮游细菌总基因组DNA的方法，其得率约为0.3～0.5 μg/L海水，并且提供了DNA浓缩、纯化的一系列步骤，最后所制得的DNA其纯度和含量足以开展后续工作。2.建立了可靠的具有较高转化效率的感受态细胞，并从多个途径来制备，并对各种方法的成败及注意事项进行了探讨。3.对PCR反应的条件进行了深入的探讨，成功在从混合型基因组中扩增出细菌特异性引物(Universal 1406R和Eubacterial 68F)所对应的16s rDNA。并且对PCR的几个控制因子进行了分析，对于今后采用不同引物的高效扩增将提供有益的帮助。4.深入地对TA克隆效率进行了探讨，较好地将PCR混合产物分离开，并成功地导入大肠杆菌DH5α菌株，并对重组质粒进行了初步的RFLP分析，为今后通过序列测定构建系统进化树奠定了基础。5.RFLP分析表明胶州湾海水中至少含有7种亲缘关系较远的真细菌。

Molecular phylogeny of some genera of Pamphagidae (Acridoidea, Orthoptera) from China based on mitochondrial 16S rDNA sequences

Based on the mitochondrial 16S ribosomal DNA partial sequences (473 bp) of 9 species of Pamphagidae (Acridoidea, Orthoptera) from China and of 4 species of Pamphagidae and 2 species of Pyrgomorphidae and Acrididae (as outgroups) retrieved from GenBank, we constructed the molecular phylogeny using the Neighbor Joining (NJ) and Minimum Evolution ( ME) methods based on the nucleotide Kimura 2-parameter model. The results of our study shown that: 1) the ranges of the 16S rDNA nucleotide divergence between two species of a genus were 0.21%, among genera of a subfamily were 0.42-3.38%, and among subfamilies of Pamphagidae were 1.90-8.88%, respectively. The phylogenetic tree shows that: 1) all Pamphagidae taxa form a monophyletic clade, and are well separated from the outgroup; 2) the African taxa Porthetinae (Lobosceliana brevicornis) and Akicerinae (Batrachotetrix sp.) are distinctly separated from the Chinese taxa Prionotropisinae; 3) Haplotropis bruneriana and Glauia terrea of Pamphaginae are nested in the middle of the tree, but their phylogenetic status is uncertain in this study; 4) 8 genera of Asiotmethis, Beybienkia, Mongolotmethis, Sinotmethis, Rhinotmethis, Filchnerella, Eotmethis and Pseudotmethis from China are all grouped into the subfamily Prionotropisinae, but their phylogenetic relationships are not clearly resolved.

木根麦冬rRNA基因进化的研究

木根麦冬（Ophiopogon xylorrhizus Wang et Dai）属于铃兰科（Convallariaceae）或广义百合科（Liliaceae s.l.）沿阶草族（Ophiopogoneae）沿阶草属（Ophiopogon Ker-Gawl.），属于典型的濒危植物。前人已从细胞学、种群生态学、生殖生物学和遗传结构与多样性等方面对木根麦冬进行了研究，但在分子进化和分子细胞遗传学水平上的研究近为空白。本文运用染色体的荧光原位杂交(FISH)、PCR扩增和克隆、DNA测序、系统发育重建等方法，对18S rDNA作了染色体原位定位，研究了木根麦冬的Ss rRNA基因结构特点，并重建了该基因的系统发育树，探讨了5S rRNA多基因家族的分子进化模式和木根麦冬的濒危机制。主要结果如下： 1．对木根麦冬三个居群七个个体、及其最近姐妹种林生麦冬（Ophiopogon svlvicola Wang et Tang）一个个体的5S rRNA基因进行了PCR扩增和TA克隆，在两个种中共得到1085个具有插入片段的阳性克隆。 2．对木根麦冬三个居群六个个体的294个SS rRNA基因克隆，及林生麦冬一个个体的45个克隆，总计339个克隆进行了DNA序列测定，这是目前已完成的最大的单个物种的5S rRNA数据。结果表明：两个种的序列高度多样化，在339个拷贝中仅仅有13对(3.8%)是相同的，序列长度变化在307bp-548bp之间，长度变异主要发生在间隔区，单个碱基的插入和缺失(indel)频率很高，5bp以上片段的插入，缺失有11个，插入的序列通常是其两侧序列的重复和倒位。术根麦冬序列的分化指数（sequence differentiation index，SDI）是0.078，林生麦冬是0.032，两个物种间是0.149，木根麦冬的序列之间的分化明显大于林生麦冬。 3．以PAUP程序对339个5S rRNA基因拷贝的DNA序列（包括编码区和间隔区）作了系统发育分析，结果如下：在得到一个唯一的最俭约树中，所有木根麦冬的拷贝被聚成一支，而林生麦冬的则被聚到另一支，统计支持率(bootstrap)达到lOO%，表明这两个物种所有的的5S rRNA基因拷贝分别来自各自的一个祖先拷贝（建立者拷贝），而其共同祖先的其它拷贝则在物种形成中或之后丢失：在多基因家族中如此长期而单一的拷贝偏选( sorting)过程尚未有前人报道;由此基因系统发育树可以看出，在这两个物种形成之后，“建立者拷贝”经历了多次扩增过程而形成了一个直系的（orthologous）多基因家族。 4．在木根麦冬分支中，很少有亚分支是全部由一个居群或一个个体的拷贝组成的，不同居群、不同个体的拷贝混合在同一个亚分支中;对基因系统发育树、序列多样性和序列分化指数分析表明，5S rRNA基因家族内一致化（homogeruzation）过程很弱，不同拷贝是独立进化的，这在串联．重复的多拷贝基因家族中是不寻常的;由上述分析我们推测，在术根麦冬的进化历史上，居群间的基因交流远远比今天频繁，可能是某些外在因素在近期发生变化，导致自交和自交衰退，并进而导致濒危。 5．利用荧光原位杂交技术，成功地将18S rRNA基因定位在木根麦冬减数分裂期的染色体上，两对强信号和一对弱信号分别位于三对二价体染色体上。

松属植物rRNA基因的变异模式及其进化生物学意义

被子植物的rRNA基因已经得到深入研究。二倍体被子植物一般拥有1-4对18S-5.8S-26S rDNA位点和1-2对5S rDNA位点。作为特殊的多基因家族成员，rDNA会受均一化力 (homogenizing forces) 的作用，通过基因转换、不等交换等机制，形成基因的致同进化 (concerted evolution)。长期以来，我们一直认为动植物rDNA致同进化水平很高，各种拷贝的序列几乎完全一致，因此可以直接应用PCR测序的方法进行分子系统学研究。但是在裸子植物中由于研究资料的匮乏，使我们对裸子植物rDNA的变异模式了解甚少。松属植物作为裸子植物的最大类群，它的rDNA变异和进化有何特点、与被子植物是否相同，是这个重要类群的进化研究中目前尚未解决的问题。本文的研究内容从三个方面进行： (1)rDNA的染色体定位 目前，松属的18S-5.8S-26S rDNA的染色体定位研究只包括5种植物，其中的3种同时涉及到5S rDNA定位。这些研究结果表明，不同种存在相异的rDNA位点数目，甚至不同的个体的rDNA位点均有变化。其共同点是，18S-5.8S-26S rDNA位点数平均较被子植物多，5S rDNA除Pinus radiata外，在其它种里则与被子植物相似。这种现象是松属或裸子植物的共同特征，亦或是特例呢？有限的研究限制了对裸子植物rDNA的了解。本研究的目的之一就是研究松属植物rDNA的染色体空间分布特征，希望借此了解松属植物间的关系，比较裸子植物和被子植物rDNA在染色体组水平的差异。 (2)5S rDNA的分子进化 5S rDNA的序列水平的进化研究在松属中尚属空白。5S rDNA在染色体数目上没有显示裸子植物与被子植物的差异，是否意味着松属乃至裸子植物的5S rDNA也同被子植物一样——致同进化完全，序列高度一致呢？利用克隆测序方法对松属植物5S rDNA的研究无疑是有开创性的工作，可以探讨裸子植物的5S rDNA的进化机制和种间关系。 (3)杂种基因组研究 杂交物种的起源演化是当前生物学研究的热点，通过杂种基因组的研究，可以了解杂种的的基因组构成，组织方式和进化历史，探讨杂交事件对成种过程的影响及意义。这项研究涉及到高山松、云南松和油松。之所以采用这三种植物，因为等位酶、cpDNA和mtDNA证据证明高山松为油松和云南松的自然杂交种。但这些证据不足以反映杂种核基因组的重组特征和构成及其进化规律。我们利用rDNA-FISH、5S rDNA和基因组原位杂交分析三种松树间的基因组关系，为揭示高山松的进化机制和历史提供新的依据。 本项研究得到以下结果： 一. rDNA荧光原位杂交 (FISH) 通过对华山松和白皮松两种单维管束亚属植物及油松、云南松、高山松、马尾松和南亚松等五种双维管束亚属植物的18S rDNA与5S rDNA的荧光原位杂交，结果表明： ⑴ 裸子植物的18S rDNA位点数目明显多于二倍体被子植物。其中主要位点数目，油松有7对，高山松5对，云南松8对，马尾松10对，南亚松6对，白皮松3对，华山松10对，平均在7对;另外，部分松树还存在弱位点。无论强弱位点都有部分存在于染色体的着丝粒区，除了赤松 (Pinus densiflora)，在其它松科植物中并没有发现这种现象。究竟是基因转移的结果或该位点是18S rDNA的原始起源位置还有待确证。 ⑵ 5S rDNA位点相对变异较小，与被子植物相当。除了华山松5S rDNA有4对位点，马尾松只有1对位点外，其它松树的5S rDNA位点数目均为2对，并且在双维管束亚属植物中有一对属于弱位点。 ⑶ 两种rDNA存在不同连锁模式。双维管束亚属植物中，5S与18S rDNA连锁在同一染色体的同一臂或两条臂上。在同一染色体臂时，18S rDNA在臂的远端。单维管束亚属植物的5S与18S rDNA或连锁于同一染色体的同一臂上，或分别处于不同染色体。前一情况，5S rDNA位于臂的远端。据此可以说明两个亚属的rDNA结构在染色体组水平的很大分化。 ⑷ 松属植物的关系及高山松核型特征。由于5S与18S rDNA连锁关系的不同，可以将单维管束亚属和双维管束亚属分开。各亚属的不同物种可以依据杂交位点的多少、位置、信号强弱构成的核型图加以区分，并且构成一定的系统关系。杂交起源的高山松在染色体组上，表现出对油松和云南松两亲本不同染色体特征的分别继承与重组，并产生独有的特征。其II同源染色体之一18S rDNA位点的缺失，可能是染色体重组的痕迹。 二. 5S rDNA的序列变异与分子进化 利用分子克隆和DNA测序分析了油松、云南松、马尾松、白皮松和不同遗传背景的高山松居群的5S rRNA基因序列变异及基因进化规律，得到以下主要结果： ⑴ 5S rDNA的结构特征。双维管束亚属植物长度在658-728 bp，白皮松则为499-521 bp。长度差异体现在基因间隔区，而基因区极端保守，基本为120 bp。基因转录区内部存在着转录控制区，决定了5S rRNA的转录起始与转录效率。5S rRNA基因能够折叠成正常的二级结构，其中，相对于干区来说，环区要保守，但环E却表现出异乎寻常的变异，转换/颠换比值高达7.1，这种突变可能是假基因的产物。基因间隔区存在一定的保守单元，其中一些与转录的起始和终止调控相关，有些是裸子植物未知功能的特异保守区。 ⑵ 松属植物5S rDNA存在着基因组内与种间的异质性。基因组内的各个克隆中有超过80%的特异的，彼此不相同。整个5S rDNA分化距离为0.042 - 0.051，其中，间隔区的分化比基因区高，其速度约是基因区的3-7倍。比较种间5S rDNA序列发现：在122个克隆中，基因区只有50个特异的序列。基因组间的序列变异度与基因组内 (个体内) 没有明显差别。白皮松的间隔区与双维管束亚属松树的5S rDNA间隔区差异极大，几乎不能排序，而四种双维管束亚属植物的5S rDNA间隔区种间种内差异不大。 ⑶ 松属植物5S rDNA进化。PAUP分析建立的5S rRNA基因树显示，5S rRNA基因在基因组内是多系的 (polyphyletic)，表明成种事件以前，祖先种就已经存在序列的分化。观测到的5S rRNA基因序列变异状况，并非完全是致同进化或独立进化的单一因素造成的，而是二者的相互作用的结果。致同进化确实存在，只是速度较慢而已。 ⑷ 高山松5S rDNA 组成。高山松拥有最高的基因组内的序列多样性，高山松的5S rDNA拷贝既有亲本类型，又有重组类型，并且不同地理及遗传来源的高山松显示一定的分化趋势，有更多的拷贝来自母系亲本。 三. 基因组原位杂交 以油松和云南松总DNA作为探针，相互进行基因组原位杂交，结果显示云南松和油松的染色体组可以完全被对方探针标记，在现有基因组原位杂交的分辨率下不能将两个基因组区分开。说明云南松和油松基因组之间存在高比例的同源序列，两种松树的基因组组成十分相似。利用油松和云南松总DNA作为探针，对高山松的染色体组进行双探针基因组原位杂交。结果表明，高山松全部基因组都能与两亲本探针完全杂交，说明三者间有着异乎寻常的亲缘关系。但在PH失调影响下，高山松只有部分基因组被杂交，并且两种探针的杂交信号有轻微差异。这可能是高度重复序列优先杂交的结果。这些情况表明，高山松虽然在基因组构成上与两个亲本基本一致，但基因在染色体组的空间排布上是存在差异的，这一点可以从rDNA-FISH中证明。

横断山区马先蒿属的形态分化与分子进化

半寄生植物马先蒿属（Pedicularis）是列当科（Orobanchaceae）中最大的属，也是北温带被子植物最大的属之一。该属至少有500种植物，主要分布在北半球的高山、亚高山地区或高纬度地区，其中超过一半的种类分布在东喜马拉雅至横断山区，构成该地区高山植物区系的主要成分。马先蒿属花部器官的强烈分化程度在被子植物中极为罕见，导致这种分化发生的机制仍是难解之谜。马先蒿属下系统非常混乱，迄今为止该属属下分类系统不下10个。关于该属的起源时间、地点及迁移散布过程只是基于一些间接证据的推测。针对以上问题，本文通过大量的标本查阅、野外考察、传粉生物学观察以及分子系统学研究，得出了一些初步的结果。 　　1．形态学 通过大量的野外考察及标本观察，发现马先蒿属花部器官变异非常复杂，是区分近缘种的主要性状依据，但是花部器官存在明显的平行进化现象，不适合作为划分群、组等属下高级分类单元的主要依据;而营养性状比较保守，可作为划分群、组的主要依据。通过考证，发现直管群万叶系的德钦马先蒿（P. deqinensis）实属轮枝群纤细系多枝马先蒿（P. ramosissima）的异名。同时发现一个新种，即折喙马先蒿（P. inflexirostris），该种属于直管群的万叶系。 　　2.传粉生物学 对27种马先蒿的昆虫传粉行为进行了初步的观察。发现横断山区的马先蒿主要靠熊蜂进行有效的传粉。昆虫的传粉方式有两种，即背触式（Nototribic）和腹触式（Sternotribic）。不同花冠类型的马先蒿属植物中，昆虫的传粉方式也有所区别。对短管、无喙、无花蜜的马先蒿，昆虫主要以腹触式完成传粉;对短管、无喙、具花蜜的马先蒿，昆虫既可以通过背触式也可以通过腹触式完成传粉;而对短管、具喙和长管、具喙的马先蒿，昆虫都以腹触式完成传粉。没有发现鳞翅目的昆虫访问长管类型的马先蒿。不同花冠类型传粉方式的不同说明马先蒿花部形态结构和传粉媒介的行为之间存在协同进化关系。 3.核rDNA ITS分析 对12个群的42种马先蒿的核rDNA ITS序列进行了分析。基于ITS序列构建的基因树和经典的属下分类系统很不一致，基因树上的大部分分支和经典系统中的高级分类单元不相吻合，原因可能是马先蒿属花部器官发生了平行进化，而经典的分类系统过于权重这些花部形态性状。此外，发现在横断山区这一相对狭小的地域范围内，nrDNA ITS序列在马先蒿种间存在很大差异。造成此差异的原因可能有两个方面：一方面是马先蒿属的起源和分化的时间可能较早，不同的支系从其他地域先后多次迁入横断山区;另一方面可能是由于半寄生植物马先蒿中快速的分子进化造成的。 4.叶绿体基因组trnT-F区序列分析 对8个群的11种马先蒿的trnT-F区序列进行了分析，发现种间存在大量的插入/缺失序列，其中甘肃马先蒿（P. kansuensis）和大王马先蒿（P. rex）分别在trnT-trnL（UAA）和trnL–trnF基因间区发生了长达228bp和303bp碱基序列缺失，说明半寄生植物的叶绿体基因组也可能存在大量基因丢失现象。 5. GLOBOSA-like MADS-box基因的研究 对11种马先蒿属植物（8个群）中控制花瓣发育的GLOBOSA（PGLO）基因的部分片段进行了分离、克隆和测序，发现该基因在种间发生了明显的分化，但是碱基的变异主要发生在非编码区或非结构域，基因的同义突变率远高于非同义突变率，说明PGLO基因的进化受到强烈的功能制约。PGLO基因在马先蒿种间的明显分化表明：在辐射分化类群中，调节基因也可能发生了快速分化。对11种马先蒿属植物的PGLO基因树、nrDNA ITS基因树以及trnT-F基因树的比较发现：三个树图在结构上既有一致、也有相互矛盾之处，推测可能是因为这些基因具有不同的遗传体系或经历了不同的进化历史所致，另一方面说明GLOBOSA基因在探讨近缘类群系统发育关系方面的价值有待进一步验证。

壳斗目的系统发育研究

本文采用来自三个基因组——叶绿体、线粒体和核基因组的六个DNA序列片段，对壳斗目的系统发育进行了重建，主要探讨了壳斗目八个科的科间系统演化关系及不同基因系统树间存在冲突的原因。在此基础上针对具体问题，进一步选用核光敏色素PHYC基因序列对杨梅科在壳斗目中的系统位置进行了更深入的探讨。在对壳斗目开展大量分子系统学研究的同时，还对胡桃科化香树属Platycarya的花形态发生过程进行了详细的扫描电镜观察，讨论了胡桃科单性花的起源和演化问题。主要内容包括： 1 基于四个叶绿体DNA序列的分析 以金缕梅属Hamamelis 和朴树属Celtis 为外类群，对壳斗目几乎所有属的代表共31种植物的trnL-F、matK、rbcL和atpB 序列进行了测定，通过四个序列单独和联合分析，得到如下结果：除rbcL基因树由于信息位点少而分辨率较低之外，壳斗目各科作为单系类群在各种分析中都得到了较强的bootstrap（BS）支持。壳斗目的八个科分为三支：南青冈科Nothofagaceae是基部分支;壳斗科Fagaceae接着分出;核心高等金缕梅类 (core “higher” hamamelids) 聚为一支, 这三支也都得到了强支持。基于不同序列构建的系统发育树，主要区别在于对核心高等金缕梅类六个科，即第三支内部分支关系分辨的不同。在trnL-F树上核心高等金缕梅类又分成两个亚支，一亚支是木麻黄科Casuarinaceae－(桦木科Betulaceae－核果桦科Ticodendraceae)，另一亚支是杨梅科Myricaceae－(胡桃科Juglandaceae－马尾树科Rhoipteleaceae);matK树上，杨梅科则与前一亚支，即木麻黄科和桦木科聚在了一起;atpB树上杨梅科又成了其他所有核心高等金缕梅类的姐妹群;基于四序列联合分析构建的系统发育树的拓扑结构基本上与matK基因树一致。胡桃科和马尾树科的亲缘关系在对不同序列的分析中都得到了较强的支持，但对杨梅科的聚类，支持率都很弱。 2 基于线粒体matR基因序列的分析 除南青冈科作为其他所有壳斗目类群的姐妹群得到强支持外，其余的壳斗目的科间系统发育关系都未得到很好的分辨。最简约树的严格一致树显示杨梅科和木麻黄科聚在一起得到的BS支持不强，另外桦木科和核果桦科，壳斗科和马尾树科分别聚在一起，但得到的支持都未超过50%。 3 基于核核糖体18S rDNA序列的分析 在18S rRNA基因最简约树的严格一致树上，壳斗目被分为两支，一支由壳斗科和南青冈科组成，另一支由核心高等金缕梅类组成，BS支持率均不高。核心高等金缕梅类又分成两个亚支，桦木科，核果桦科和木麻黄科组成的亚支得到了较强的支持，由胡桃科、马尾树科和杨梅科组成的另一亚支得到了更强的BS支持。胡桃科和桦木科的单系性都得到了分辨，虽然BS支持率不高。 4 六个DNA序列的联合分析 通过对六个DNA序列的单独和联合分析，探讨了引起基因树间拓扑结构冲突的可能原因。分别用MP法、NJ法和贝叶斯推论对壳斗目进行了系统发育重建，联合分析提供了分辨率最好、支持率最高的壳斗目谱系关系图： 1、 南青冈科是壳斗目其余类群的姐妹群;2、各科的单系性得到很好支持;3、壳斗科是核心高等金缕梅类的姐妹群;4、核心高等金缕梅类分为两个亚支，一亚支包含桦木科、核果桦科和木麻黄科;另一亚支由胡桃科、马尾树科和杨梅科组成，杨梅科是胡桃科和马尾树科的姐妹群，这一亚支的BS支持率仍然很弱。胡桃科和壳斗科的属间关系未得到很好分辨，多数分支的BS支持率和后验概率值都不高。 5 基于核PHYC基因序列证据对杨梅科系统位置的分析 用壳斗科的栎属Quercus和南青冈科的南青冈属Nothofagus做外类群，核心高等金缕梅类分为两支。桦木科和木麻黄科聚在一起，胡桃科和马尾树科为姐妹群再与杨梅科构成一支，这两个分支都得到很强的BS支持。核基因分析支持六个序列联合分析对核心高等金缕梅类各科间关系的分辨。 6 化香树的花器官发生 在扫描电镜下系统地研究了柔荑花序类植物化香树的雄花、雌花和两性花的发生和发育过程。结果表明：该植物雄花和两性花中小苞片和花被片缺乏;雄蕊轮状发生，成熟阶段雄蕊的不规则排列是由于花托的延伸且和苞片的基部融合后造成的;雌花中存在环状的花被片结构但极度退化，雌花两侧的小苞片和花被片的侧面部分构成小坚果的翅;化香树的两性花向心发生，雄蕊先发生，然后雌蕊发生。胡桃科中的单性花是由两性花退化而来。 本研究的主要发现和结论如下： 1第一次用来自不同基因组的多个DNA 序列探讨了壳斗目八科的系统发育关系;取样包括了所有科的几乎所有的属;所得到的系统树具有较高的分辨率和置信度。主要结论是壳斗目的八个科分为三支，南青冈科是最基部的分支，壳斗科做为核心高等金缕梅类的姐妹群第二个分出，核心高等金缕梅类聚在一起，并进一步分为两个亚支：第一亚支包括桦木科、核果桦科和木麻黄科;另一亚支则由胡桃科、马尾树科和杨梅科组成，杨梅科是胡桃科和马尾树科的姐妹群。 2用核光敏色素PHYC基因较好的解决了杨梅科的系统位置，尽管造成杨梅科在叶绿体基因树和核基因树上具有不同系统位置的原因尚需要进一步探讨。在PHYC基因树上桦木科和木麻黄科聚在一起，胡桃科和马尾树科为姐妹群再与杨梅科构成一支，这两个分支都得到很强的支持。 3首次在壳斗目植物中用扫描电镜观察到了雄花的发生过程和两性花的发生方式，澄清了在化香树属植物中关于雄蕊排列方式、花被式样、以及果翅来源等问题的疑惑或争论。

落叶松属的分子进化与生物地理学

　　松科植物的核基因组十分庞大，基因常形成复杂的基因家族，核rDNA ITS 区在基因组内和基因组间存在广泛的长度和序列变异，但染色体数目和核型却高度保守，几乎均为二倍体(2n＝24)，与被子植物频繁的多倍化和高度均一的ITS区形成鲜明对比;叶绿体、线粒体和核基因组分别为父系、母系及双亲遗传，这种独特的遗传体系组合为系统发育重建研究提供了便利条件。因此，松科植物不仅是阐明基因树/物种树这一理论问题的理想试材，而且是基因和基因组进化及核rDNA致同进化机制研究的好材料。此外，松科植物的进化历史悠久，很多类群经历了多次重大的地质历史事件，并呈各种间断分布格局，其生物地理学问题受到广泛关注。本文对落叶松属所有物种(L. lyallii除外)和大部分变种的叶绿体基因组trnT-trnF区、低拷贝核4CL基因家族 (4-香豆酸辅酶A连接酶基因)及多拷贝核rDNA ITS区进行了序列分析，重建了该属的系统发育并揭示了其地理分布格局的形成过程，同时基于克隆和基因谱系分析，探讨了核4CL和rDNA ITS这两个基因家族的进化式样及规律。 　　1. 叶绿体trnT-trnF区和核rDNA ITS区的研究结果表明：落叶松属的种间遗传分化程度很低，北美的种类构成一个单系分支，并为欧亚种类的姐妹群。短苞鳞的欧亚落叶松组和长苞鳞的欧亚红杉组之间的分化较早，接近欧亚和北美种类间的分化时间。换句话说，苞鳞长短的分化在落叶松属中至少发生过两次，其中一次在落叶松属分化的初期，另一次在北美的种类中。结合化石、地史及气候资料，我们推测：落叶松属的共同祖先通过白令陆桥扩散，并形成欧亚和北美两支,然后在不同的板块上独立进化。落叶松组的泛北极分布是冰期后的回迁形成的，而红杉组的物种在第三纪全球气温降低时向南迁移，进而形成东亚－北美间断分布，特别是欧亚红杉组的祖先曾伴随青藏高原的隆升而发生辐射分化。 　　2. 在落叶松属4CL基因家族的研究中共获得44个差异的克隆，除华北落叶松外，其它种类均含2-4个成员。系统发育分析表明： 4CL基因频繁发生重复/丢失，并导致谱系拣选。该基因在落叶松属的共同祖先中发生一次重复，形成4clA和4clB，4clA再次发生基因重复形成4clA1和4clA2。重复产生的这两对并系基因拷贝在进化速率上呈显著差异，其中一个拷贝的进化速率明显加快，可能与进化制约的减弱或功能分化有关。结合其它核基因的研究结果，我们推测频繁的基因重复/丢失可能是形成和维持松科植物庞大核基因组的重要机制之一。 　　3. 对落叶松属101个nrDNA ITS克隆进行了序列及分子进化分析，发现极少数克隆存在较大的长度及（或）序列变异，并可能为假基因或重组体，其它克隆间的序列分化水平较低。因而，落叶松属核rDNA的致同进化速率比松科中两个古老的属（松属和云杉属）快。该致同进化速率的加快可能与落叶松属年轻的进化历史及染色体上较少的rDNA位点数目有关。由于一些特异克隆含嵌合序列及极高的序列变异，推测它们可能来源于物种进化过程中染色体重排形成的小位点(minor loci)或为孤独基因(orphons)。此外，我们发现nrDNA ITS克隆的分布式样与落叶松属的分化及地理分布格局的形成有密切关系：在欧亚红杉组中，克隆常按分类群（物种或变种）形成单系分支，表明这些类群的分化曾伴随着强烈的nrDNA ITS奠基者效应;相反，在欧亚落叶松组中，所有物种的克隆均混杂在一起，说明这些物种的分化时间较晚或在冰期后回迁的过程中曾发生频繁的种间基因交流。