松属单维管束亚属植物rDNA的染色体定位研究

松属植物的基因组十分庞大（大于20000Mbp），其中约90%是由重复序列组成的，我们对其结构和组成仍知之甚少。松属在系统分类上分为两个亚属:单维管束亚属和双维管束亚属。基因组大小研究发现单维管束亚属植物的基因组更大。rDNA作为一类有功能的多基因家族重复序列，其自身特性决定了它在基因组研究中的重要性。FISH技术为rDNA在染色体上物理定位提供了有力的工具。尽管现在对松属rDNA FISH已有不少报道，但主要集中在双维管束亚属，对单维管束亚属的研究几乎是空白。本研究选择5个单维管束亚属松属植物P. bungeana, P. koraiensis, P. armandii, P. wallichiana, P. strobus，进行rDNA FISH研究。旨在弄清18S-25S rDNA和5S rDNA在单维管束亚属植物染色体上的位点数目和分布模式。结合前人对松属双维管束亚属植物的工作，对单、双维管束亚属植物之间rDNA FISH结果进行比较，从而可以从整体上认识松属植物的18S-25S rDNA和5S rDNA在染色体上的分布式样。在此基础上进一步探讨18S-25S rDNA和5S rDNA这些重复序列在松属植物基因组结构和组成中的地位和作用。本研究主要结果如下： 1.rDNA FISH在松属染色体核型分析中的作用 本研究中5种松属单维管束亚属植物染色体数目均为2n=24，除最短一条染色体为亚中部着丝粒染色体外，其余11条均为中部着丝粒染色体，长度和臂比也十分接近，同源染色体的不容易鉴定，很难排出精确的核型。在我们的研究结果中，5个松属植物中，除了白皮松外，18S-25S rDNA和5S rDNA分布在12对染色体中的10对染色体上，这些位点可作为染色体标记，大大提高了同源染色体鉴定的准确度，但是染色体之间排序问题依然没有很好地解决。核型比较认为种间是否存在部分同源染色体关系也不是十分明确，仅Ⅺ号和Ⅻ号染色体有这种关系，这主要由于Ⅺ号和Ⅻ号染色体容易准确地鉴别出来。核型分析的精确仍有待增加标记来提高。 2．rDNA位点数目在松属两个亚属间的比较及其与基因组大小的关系 松属植物18S-25S rDNA位点通常为5-10个，5S rDNA位点为1-4个。其中单维管束亚属18S-25S rDNA位点通常为9-10个（除白皮松为4个外），5S rDNA位点为2- 4个;双维管束亚属为18S-25S rDNA位点通常为5-10个，5S rDNA位点通常为1-2个。而二倍体被子植物18S-25S rDNA位点通常为1-5个5S rDNA位点为1-3个。暗示18S-25S rDNA和5S rDNA位点数目多少和基因组大小还是有一定的相关性。因为松属植物的基因组比典型的二倍体被子植物大得多，单维管束亚属植物的的C-值又普遍比双维管束亚属植物的高。白皮松虽有些例外，18S-25S rDNA位点数目少，但信号强度大得多，代表拷贝数高，因此其基因组大小可以从rDNA拷贝数上得到解释。 3．18S-25S rDNA和5S rDNA位点在松属两个亚属之间的分布模式比较 18S-25S rDNA和5S rDNA位点在松属两个亚属染色体上的分布方式有明显不同，每个亚属均有两种分布形式，并形成各自稳定的分布模式。在单维管束植物中，18S-25S rDNA和5S rDNA位点或相邻分布于同一染色体同一臂上，5S rDNA位于臂的远端;或两位点分布于不同的染色体。而在双维管束植物中18S-25S rDNA和5S rDNA或相邻分布于同一染色体同一臂上，18S-25S rDNA在臂的远端;或两位点分布于同一染色体两条臂上。在两个亚属中，当18S-25S rDNA和5S rDNA位点位于同一条染色体臂上时，相对位置正好相反。这完全不同的rDNA分布模式的形成，可能与松属这两个亚属植物的物种形成和分化过程中染色体发生倒位或易位有关，暗示这两个亚属的基因组结构存在分化。但这各自的分布模式是否可以作为判断亚属的特征依据仍有待加大样本量证实。 4．rDNA 位点分布及变异具有系统学意义 rDNA FISH 结果符合分类中亲缘关系越近，分布模式越相似的原则，因而认为rDNA 位点在染色体上的分布模式，具有系统学意义。基于已知的松属植物rDNA FISH结果构建的系统关系，符合传统分类系统中对亚组划分。rDNA FISH结果与分子系统学的研究结果相比较认为，松属单维管亚属5种松中，以乔松和北美乔松关系最近，与同一个亚组的华山松稍远，与另一个亚组的红松更远。而白皮松作为一个特有的孑遗类群，系统位置比较特殊，分子系统学研究认为其处于基部的位置，本研究表明其rDNA位点有明显的特点：位点数目少，但信号强，反映了拷贝数多。那是否它就代表了祖先类群的位点分布模式，需要更多的基部类群的rDNA FISH结果支持。

苔藓植物一些东亚特有属的分子系统学研究

苔藓是高等植物（有胚植物或陆地植物）中最原始的一类，但种类却丰富多样，其形态和生长环境的多样化程度高于蕨类和裸子植物，且对极端环境的忍耐力更强，分布范围也更广。“特有”是一个地理概念，它是相对广布而言，当一个类群的分布范围有一定的限制时即为特有现象。“东亚特有”是指分布范围主要局限于中国，朝鲜，日本和蒙古等，向北可及俄罗斯远东地区，少数可分布至中国南部相邻地区的植物类群。东亚地区主要以温带植物区系为主，但也包含一些热带植物区系成分，还因为第四纪以来受冰川活动影响较少，因此植物种类非常丰富。东亚地区也是苔藓植物的多样性中心之一，这里有较多的特有成分。在我国总共分布有苔藓植物东亚特有属35属，其中苔类5属，藓类30属。长期以来，特有成分始终引起人们的极大关注，不仅是因为其在植物地理学上的重要性，还因为特有类群中包含了孓遗类群，往往系统位置比较关键，此外，大部分特有类群对人为干扰比较敏感，对其保护就愈加重要，因为它在这个地区的消失就意味着一个类群的灭绝。 我国对苔藓植物东亚特有类群已有较好的认识，在前人知识积累的基础之上，我们期望通过分子系统学的方法，开展对东亚特有苔藓属的研究，逐步揭开特有属植物的神秘面纱，最终在系统树上找到它们各自应该属于自己的位置。 在本次研究中，我们总共得到十一个苔藓植物东亚特有属的新鲜材料。在实验室中我们对这十一个特有属叶绿体和核的六个基因（叶绿体atpB, rbcL, cp-SSU, cp-LSU 和核18S，26S rDNA）进行了测序，并在此基础之上，构建了来自苔藓植物106个属上述六个基因的联合矩阵，并对它们进行了系统学分析。本文所选十一个特有属中除三个苔类属和一个线齿藓类的属之外，其它七个特有属都属于侧蒴藓类。根据近几年的研究结果，侧蒴藓类中灰藓目被认为是起源自一次快速辐射演化，灰藓目各科之间的关系以及各科的范围都很难确定。即便本实验测序一万多bp，这一支之内的关系仍不能解决。 在以上结果的基础上，本文对线齿藓类的树发藓属（Microdendron）进行了较为详细的研究，我们用最大简约法分析了金发藓目15属，33种的18S, rbcL和trnL-F序列的联合矩阵。对树发藓属的微形态进行了电镜扫描。形态和分子数据的分析结果表明，这个特有属在属级水平是不成立的，它仅是小金发藓属的一个种。此结果支持将这个东亚特有属降为种的等级。此外，本文还对囊绒苔属（Trichocoleopsis）和新绒苔属（Neotrichocolea）的系统位置做了比较详细的研究。我们分别分析了一个苔类植物57属的四基因（cp-SSU, cp-LSU, atpB and rbcL）矩阵和一个苔类植物24属的九基因（cp-SSU, cp-LSU, atpB, psbA, rps4, rbcL, 18S, 26S and nad5）联合矩阵，结果显示囊绒苔属和新绒苔属互为姐妹群关系，而毛叶苔属（Ptilidium）又是它们二者的姐妹群。研究结果支持了囊绒苔属和新绒苔属组成新绒苔科（Neotrichocoleaceae），而不同于前人的观点：将上述两属放置于毛叶苔科（Ptilidiaceae）、绒苔科（Trichocoleaceae）或多囊苔科（Lepidolaenaceae）。另外值得注意的是这两个特有属和毛叶苔属组成的一支位于叶苔类（Leafy liverwort）中“Leafy I”和“Leafy II”两大支之间，但这一支确切的系统位置没有解决，仍有待于进一步研究。 除此之外，本文还利用GenBank中的数据对东亚特有属日鳞苔属（Nipponolejeunea）和耳坠苔属（Ascidiota）（未获得实验材料）进行了初步的系统学分析。结果表明传统上放在细鳞苔科的日鳞苔属与毛耳苔科的毛耳苔属（Jubula）为姐妹群关系，建议将日鳞苔属置于毛耳苔科;耳坠苔属是光萼苔科的成员，属的分类等级是合理的。 最后本文利用罚分似然法，选取多个化石作为标定点，对来自苔藓植物主要类群及其它陆地植物共115个类群5个基因（atpB, rbcL, cp-SSU, cp-LSU, 18S）的矩阵进行了分子钟的分析，初步估算11个东亚特有属的分化时间。