Mitochondrial cytochrome b sequence variations and phylogeny of the East Asian bagrid catfishes

The mitochondrial DNA cytochrome b gene was sequenced from 8 bagrid catfishes in China. Aligned with cytochrome b sequences from 9 bagrid catfishes in Japan, Korea and Russia retrieved from GenBank, and selected Silurus meridionalis, Liobagrus anguillicauda, Liobagrus reini and Phenacogrammus interruptus as outgroups, we constructed a matrix of 21 DNA sequences. The Kimura's two-parameter distances were calculated and molecule phylogenetic trees were constructed by using the maximum parsimony (MP) and neighbor-joining (NJ) methods. The results show that (i) there exist 3-bp deletions of mitochondrial cytochrome b gene compared with cypriniforms and characiforms; (ii) the molecular phylogenetic tree suggests that bagrid catfishes form a monophyletic group, and the genus Mystus is the earliest divergent in the East Asian bagrid catfishes, as well as the genus Pseudobagrus is a monophyletic group but the genus Pelteobagrus and Leiocassis are complicated; and 60 the evolution rate of the East Asian bagrids mitochondrial cytochrome b gene is about 0.18%-0.30% sequence divergence per million years.

Molecular phylogenetic systematics of twelve species of acipenseriformes based on mtDNA ND4L-ND4 gene sequence analysis

Acipenseriformes is an endangered primitive fish group, which occupies a special place in the history of ideas concerning fish evolution, even in vertebrate evolution. However, the classification and evolution of the fishes have been debated. The mitochondrial DNA (mtDNA) ND4L and partial ND4 genes were first sequenced in twelve species of the order Acipenseriformes, including endemic Chinese species. The following points were drawn from DNA sequences analysis: (i) the two species of Huso can be ascribed to Acipenser; (ii) A. dabryanus is the mostly closely related to A. sinensis, and most likely the landlocked form of A. sinensis; (iii) genus Acipenser in trans-Pacific region might have a common origin; (iv) mtDNA ND4L and ND4 genes are the ideal genetic markers for phylogenetic analysis of the order Acipenseriformes.

Molecular phylogenetic analysis of attached Ulvaceae species and free-floating Enteromorpha from Qingdao coasts in 2007

Based on the sequence data of the nuclear ribosomal DNA internal transcribed spacer (ITS) 1, 5.8 S, and ITS 2, the molecular phylogeny was analyzed on Ulvaceae species collected from Qingdao coasts in summer of 2007, including 15 attached Ulva and Enteromorpha samples from 10 locations and 10 free-floating Enteromorpha samples from seven locations. The result supported the monophyly of all free-floating Enteromorpha samples, implying the unialgal composition of the free-floating Enteromorpha, and the attached Ulvaceae species from Qingdao coasts were grouped into other five clades, suggesting that they were not the biogeographic origin of the free-floating Enteromorpha in that season.

Molecular evidence for the sister relationship of the eastern Asia-North American intercontinental species pair in the Podophyllum group (Berberidaceae)

The presumed pair relationships of intercontinental vicariad species in the Podophyllum group (Sinopodophyllum hexandrum vs. Podophyllum pelatum and Diphylleia grayi vs. D. cymosa) were recently, considered to be paraphyletic. In the present paper, the trnL-F and ITS gene sequences of the representatives were used to examine the sister relationships of these two vicariad species. A heuristic parsimony analysis based on the trnLF data identified Diphylleia as the basal clade of the other three genera, but provided poor resolution of their inter-relationships. High sequence divergence was found in the ITS data. ITS1 region, more variable but parsimonyuninformative. has no phylogenetic value, Sequence divergence of the ITS2 region provided abundant, phylogenetically informative variable characters. Analysis of ITS2 sequences confirmeda sister relationship between the presumable vicariad species, in spite of a low bootstrap support for Sinopodophyllum hexandrum vs. Podophyllum pelatum. The combined ITS2 and trnL-F data enforced a sister relationship between Sinopodophyllum hexandrum and Podophyllum pelatum with an elevated bootstrap support of 100%. Based on molecular phylogeny, the morphological evolution of this group was discussed. The self-pollination might have evolved from cross-fertilization two times in this group. The different pollination and seed dispersal systems of Sinopodophyllum hexandrum and Podophlyllum pelatum resulted from their adaptations to different ecological habitats. The divergence time of Sinopodophyllum hexandrum-Podophyllum pelatum is estimated to be 6.52+/-1.89 myr based on the ITS divergence. The divergence of this species pair predated or co-occurred with the recent uplift of the Himalayas 4-3 myr during the late Miocene and the formation of the alpine habitats. Sinopodophyllum hexandrum developed a host of specialized characters in its subsequent adaptation to the arid alpine surroundings. The present study confirmed the different patterns of species relationship between Asian-North American disjuncts. The isolation of plant elements between North America and eastern Asia must have been a gradual process, resulting in the different phylogenetic patterns and divergence times of the disjuncts.

金粟兰属的系统学研究

本文在形态学、解剖学、孢粉学、细胞学和分子系统学研究的基础上，对金粟兰属进行了世界性的专著性研究。主要内容包括： 1. 形态学 在标本室研究和野外考察的基础上，对金粟兰属植物形态性状的变异式样及其分类学意义进行了分析，发现习性、雄蕊的颜色和形状、花柱的有无等性状在种内稳定，是比较可靠的分类学性状。通过查阅模式，发现湖北金粟兰和多穗金粟兰是宽叶金粟兰生长发育的后期阶段，单穗金粟兰和安徽金粟兰是及己生长发育的后期阶段;认为菲律宾金粟兰、轮叶金粟兰和台湾及己与台湾金粟兰是同种植物，全缘金粟兰、石棉金粟兰和毛脉金粟兰与网脉金粟兰是同种植物：推测天目山金粟兰是依据及己的畸形植株发表的。最后，认为金粟兰属在全世界仅有10种植物，即鱼子兰、金粟兰、及己、宽叶金粟兰、华南金粟兰、台湾金粟兰、狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草。 2. 解剖学 通过对金粟兰科4属16种植物的叶表皮特征的观察，发现叶表皮性状，尤其是气孔器的类型对于理解该科的属间和种间关系有重要意义。环列型气孔器可能是联系Ascarina与草珊瑚属和金粟兰属的关键性状;根据气孔器的类型，金粟兰属的10种植物可以分为两类：第一类包括鱼子兰、金粟兰、及己、宽叶金粟兰、华南金粟兰和台湾金粟兰，其叶片下表皮的气孔器以平列型为主;第二类包括狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草，其叶片中的气孔器以侧列型为主。显然，叶表皮性状不支持前人依据习性对该属所作的划分，但与基于雄蕊形态的划分基本吻合。 3. 孢粉学 在扫描电镜下对金粟兰属植物的花粉进行了观察，发现花粉性状在属内比较一致，对于探讨属内种间关系意义不大。 4. 细胞学 对金粟兰科11种植物进行了细胞学研究，首次报道了5种植物的染色体数目和核型，并首次在金粟兰属发现了六倍体。核型分析的结果表明，草珊瑚属与金粟兰属在间期核形态、前期染色体形态和中期染色体形态上均存在明显差异，因而将它们分开的处理是完全正确的：在金粟兰属，根据前4对(四倍体种丝穗金粟兰的前8对)染色体的形态，已有核型资料的八个种可以分为两类：在狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草中，这些染色体全部为具中部着丝粒染色体;而在鱼子兰、金粟兰、及己和华南金粟兰中，这些染色体为各种类型。 5. 分子系统学 首次对金粟兰属植物ITS区和trnL-F区序列进行了测定。在ITS、trnL-F分开处理以及将二者结合起来构建的系统树中，金粟兰属的10种植物均被分为两支：一支由狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草组成，另一支由鱼子兰、金粟兰、及己、宽叶金粟兰、华南金粟兰和台湾金粟兰组成。 6. 金粟兰属的属下分类系统 从上研究结果可以看出，叶表皮、细胞学和分子资料均不支持前人依据习性对金粟兰属的划分，但支持前人依据雄蕊形态的划分。因此，本文把金粟兰属分为两个亚属，即金粟兰亚属和银线草亚属;金粟兰亚属又分为两个组，其中金粟兰亚组包括鱼子兰和金粟兰，及己组包括华南金粟兰和台湾金粟兰;银线草亚属包括狭叶金粟兰、丝穗金粟兰、网脉金粟兰和银线草。 7. 属的系统位置 综合已有的各方面的资料，对金粟兰科的属间关系进行了评价，认为草珊瑚属与金粟兰属关系最近，Ascarina是二者的姊妹群，雪香兰属是上述三属的姊妹群。

稻属A基因组的分子系统发育--兼论亚洲栽培稻的起源

稻属Oryza隶属禾本科Poaceae，包括20多个野生种和2个栽培种(亚洲栽培稻O. sativa L和非洲栽培稻O. glaberrima Steud) ，广泛分布于全球热带和亚热带。稻属物种可划分为10个基因组(又称染色体组)类型：A, B, C, BC, CD, E, F, G, HJ 和 HK。栽培稻所属的A基因组是稻属中物种数目最多、地理分布最广的基因组类型，由8个种组成。由于栽培稻属于A基因组，故A基因组物种是栽培稻遗传改良的巨大基因源。数十年来，国际上许多学者对A基因组类群开展了大量涉及形态、细胞、同工酶和分子标记方面的研究，但由于A基因组物种间遗传关系十分接近，形态上差异小且地理分布重叠，使得A基因组物种的系统发育、物种起源和生物地理学等方面存在诸多悬而未决的问题，是稻属中分类和鉴定困难较多的类群。本文利用核基因内含子序列，结合转座子插入分析，重建了A基因组的系统发育，估测了各类群的分化时间;与此同时，基于多克隆测序和基因谱系分析，探讨了O. rufipogon和O. nivara遗传关系以及亚洲栽培稻起源。主要研究结果如下： 1. A基因组的系统发育 在水稻全基因组数据库搜索的基础上，测定了4个单拷贝核基因（Adh1 及3个未注释基因）的内含子序列，构建了稻属A基因组8个种的系统发育关系。基于最大简约法和贝叶斯法的系统发育分析表明：1）澳大利亚的O. meridionalis为A基因组的基部类群;2）亚洲栽培稻两个亚种O. sativa ssp. japonica 和 O. sativa ssp. indica分别和不同的野生类群聚为独立的两个分支，支持japonica 和 indica为多次起源;3）O. rufipogon和O. nivara在系统发育树上完全混在一起，显示出二者间不存在遗传分化;4）非洲一年生野生种O. barthii是非洲栽培稻O. glaberrima的祖先，而非洲多年生野生种O. longistaminata与O. glaberrima/O. barthii.亲缘关系较远;5）分子钟方法估测A基因组类群约在2百万年前（2.0MYA）开始分化，亚洲栽培稻和非洲栽培稻，以及亚洲栽培稻的两个亚种则分别在0.7和 0.4 MYA左右开始分化。此外，通过核基因内含子序列与其它常用片段如ITS，matK等对比分析表明，进化速率相对较快的核基因内含子序列可以有效地用于近缘类群的系统发育研究。 2. Oryza rufipogon 和O. nivara群体遗传研究及亚洲栽培稻起源 对于亚洲野生类群O. rufipogon和O. nivara是合并为一个种还是处理为两个独立的种一直存在争议。在系统发育研究基础上，我们选取4个核基因内含子或5’-UTR区（Waxy, LHS，CatA和1个未注释基因），对采自整个分布区的群体样品进行了多克隆测序，结果表明：1）检测到O. rufipogon和O. nivara均有较高的核苷酸多态性，4个位点上π值和θw值平均分别为0.011和0.014;2）且二者在遗传上没有明显分化，两个类群在4个核基因位点上均检测到大量共享多态（shared polymorphism），未发现固有差异(fixed difference)，表明它们历史上可能属于一个大群体，支持将二者作为种内不同生态型或亚种处理;3）基因谱系树表明亚洲栽培稻的两个亚种indica和japonica分别和不同的O. rufipogon (包括O. nivara)群体聚在一起，进一步从基因谱系角度支持亚洲栽培稻多次起源假说。 3．转座子在群体遗传与系统发育研究中的应用 鉴于目前植物谱系地理学研究中缺乏具有足够信息量的分子标记用于检测种内遗传变异，我们选取3个核基因中的转座子，通过对取自O. rufipogon和O. nivara整个分布区的37份样品的克隆测序，探讨了进化速率快、信息含量丰富的转座子序列在群体遗传上的应用。结果表明：1）无论在物种水平还是群体水平，转座子能检测到比包括内含子在内的其它DNA区域高得多的遗传变异;2）在物种水平上，异交多年生的O. rufipogon和自交一年生的O. nivara多样性均较高，且2个种间相差很小，二者在3个位点上平均核苷酸多样性π值均为0.013，差别主要表现在O. rufipogon杂合位点比例（46.1%）明显高于O. nivara（9.1%），说明交配系统不同并不一定和物种多样性水平相关;3）是否发生转座子序列插入是有价值的系统发育信息，发生在不同染色体上3个基因中的转座子插入进一步证实A基因组基部类群是O. meridionalis;通过叶绿体中3个转座子的插入现象推断了稻族一些四倍体物种，如稻属BC基因组的一些类群的母本来源。

黄杉属的分子系统发育与生物地理学

松科植物的叶绿体和线粒体基因分别为父系和母系遗传，二者的联合分析为系统发育重建，特别是揭示网状进化过程提供了便利条件。此外，松科中的多个属（如黄杉属、铁杉属等）呈洲际间断分布，是研究生物地理学问题的良好试材。 本文选择来自于叶绿体和线粒体基因组的5个DNA片段，通过序列分析对黄杉属的所有8个种进行了系统发育重建;同时结合已有的对黄杉属的各方面研究，讨论了该属典型的东亚-北美间断分布式样的形成过程。主要结果如下： (1) 叶绿体DNA片段trnfM-trnS、rpl20和trnP的序列分析 无论叶绿体基因两两组合分析还是3个叶绿体片段的联合分析均强烈支持东亚的6种黄杉属植物聚为一支（支持率>96%），其中日本黄杉位于最基部，其他分布于中国的5个种聚在一起。 (2) 线粒体基因nad5和cox1的序列分析 线粒体基因序列的进化速率较慢，信息位点相对较少，因此分辨率较低。本文中线粒体DNA序列在黄杉属的东亚物种间几乎没有分辨率，但是仍以>60%的Bootstrap支持率将该属分为东亚与北美两个姐妹支。 (3) 5个DNA片段的联合分析 5个细胞质DNA片段(trnfM-trnS, rpl20, trnP, nad5, cox1)的联合数据矩阵长4351 bp，其中含变异位点129个（3.0%），信息位点109个（2.5%）。利用最大简约法进行的系统发育分析表明：黄杉属分成北美和东亚两支，与地理分布相吻合，并分别得到了66%和100%的支持;中国的5个物种形成一个单系分支，该分支与日本黄杉为姐妹群关系。 根据上述叶绿体和线粒体DNA片段的序列分析结果，并结合前人的研究资料，我们认为黄杉属通过白令陆桥扩散后，在北美和东亚独立进化，但该属的起源地尚需要进一步研究。

雪松属的分子系统发育与生物地理学

南北纬四十度之间的山区在冰期时为很多植物提供了避难所，因而受到生物地理学研究者的广泛关注。地中海地区和青藏高原（东南部）均是全球生物多样性热点地区，很多生物类群间断分布于这两个地区，研究这种间断分布格局的形成过程具有重要理论意义。雪松属（Cedrus）含有四个关系密切的种，间断分布于地中海地区和喜马拉雅西部。在本研究中，我们从父性遗传的叶绿体和母性遗传的线粒体基因组中选取了八个DNA片段，通过序列分析重建雪松属所有物种的系统发育关系，并探讨该属生物地理格局的形成过程。主要研究结果如下： 所有分析的DNA片段中均未发现种内变异。5个叶绿体片段的合并分析、3个线粒体片段的合并分析以及所有8个细胞质DNA片段的联合分析均只得到一棵最简约树，而且不同分析得到的树图结构高度一致。雪松属分为喜马拉雅（C. deodara）和地中海两支;在地中海雪松支系中，北非雪松（C. atlantica）构成一个亚支，地中海东部的黎巴嫩雪松（C. libani）和塞浦路斯雪松（C. brevifolia）形成另一亚支，两个亚支间为姐妹群关系，并已发生较大的遗传分化。该结果与细胞和生化等研究结果一致。 雪松属的可靠化石发现于哈萨克斯坦西部的渐新世地层、欧洲西南部的中新世地层、欧洲东南部的上新世地层以及撒哈拉的早更新世地层，这种化石分布暗示雪松属可能是在欧亚大陆的高纬度地区起源的。自第三纪开始，全球由广泛的高温气候演变为具有大面积陆地冰盖的寒冷气候，这种气候变化促进了生物群的演替和分化。我们对雪松属的系统发育研究表明：该属植物可能在欧亚大陆高纬度地区起源后，因气候变冷而南迁，并通过隔离分化形成环地中海－喜马拉雅间断分布格局。结合青藏高原和地中海地区的气候和地质历史，我们推测雪松属在中新世以后才分布到喜马拉雅地区，并很可能在第三纪末才迁移到北非。

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。

松科nrDNA 的进化研究Evolution of nuclear ribosomal DNA in Pinaceae

核核糖体DNA（nrDNA）已被作为一个重要的标记，用于推断很多分类等级上的系统发育关系。相对于在被子植物中的快速致同进化，nrDNA在裸子植物中的致同进化速率低，且ITS和5S-NTS区有着较大的长度变异，这种现象在松科植物中尤为明显。在本研究中，我们克隆并测定了银杉属的5S rDNA以及冷杉属、银杉属、雪松属、油杉属、长苞铁杉属、金钱松属与铁杉属的ITS序列。基于获得的新数据，再结合前人报导的其它属的数据，我们探讨了如下四个问题： （1）松科 nrDNA ITS1 亚重复单位的组成、分布及进化;（2）ITS1区的长度变异与亚重复单位数目的关系以及它们的系统学意义;（3）松科ITS1的二级结构特征;（4）银杉5S rDNA编码区及非转录间隔区的结构特征。主要研究结果如下： 1. ITS区的序列分析ITS区的克隆及序列分析发现：（1） 松科ITS1的长度变异范围为 944-3271 bp, 这是目前已报导的真核生物中属间ITS变异最大的类群之一;（2） 所有松科植物的ITS区域都包含亚重复单位，亚重复单位的数目从2到9，并且这些亚重复单位可分为两种类型，即不含保守核心序列（5’-GGCCACCCTAGTC ） 的长亚重复单位（LSR）和含上述保守核心序列的短亚重复单位（SSR）;（3） ITS1区的巨大长度变异主要归因于亚重复单位的数量变异; （4） ITS1区的GC含量与 它的序列长度和亚重复单位的数目有一定关系，并能够提供一些系统发育信息，特别是支持云杉属、松属和银杉属三者具有很近的亲缘关系。 2. ITS1亚重复单位的系统发育分析为了研究亚重复单位的进化关系，我们用最大似然法和最大简约法构建了松科ITS1亚重复单位的系统发育树。结果表明：（1）在ML和MP树中可发现有共同的五个分支; （2） 银杉比松科其它属拥有更多的SSR，且该属的所有9个SSR在系统树中构成一个单系支，表明它们是在银杉属内发生重复的;（3）一些SSR在属间和种间具有同源性，可为nrDNA ITS 的进化历史以及松科的系统发育 研究提供重要信息;（4）亚重复单位的多次重复以及伴随的重组可能是导致LSR 和SSR在松科不同属中分布式样不同的原因。 3. 松科ITS1的二级结构 用 Mfold 3.2 软件对松科所有11个属的ITS1区进行了二级结构预测，共获得了563个最低自由能折叠。结合以前关于松科二级结构的报导，我们分析的结果表明：（1） 松科ITS1的二级结构主要由几个延展的发夹结构组成;（2） 构象的复杂性与亚重复的数目呈正相关;（3）配对的亚重复单位通常在保守核心区（5’-GGCCACCCTAGTC ） 处有部分重叠，并且构成一个长茎，而其它的亚重复单位通常会自身折叠，且保守核心区的部分出现在发夹结构的环中。 4. 银杉5S rDNA 序列分析 我们对来自银杉不同群体的3个个体的5S rDNA进行了克隆，共获得 45 条序列，分析结果表明：（1） 绝大多数银杉5S rDNA编码区长度为120 bp, 以GGG 开头，以CTC结尾，编码区出现的碱基替代主要为转换;（2） 银杉与其它裸子植物相比，5S rDNA基因编码区具很高的相似性（90-99%）; （3）间隔区含有一个poly-C和一个poly-T结构、两个TC丰富区以及五个GC丰富区。根据长度和序列特征，银杉的5S rDNA间隔区可分为三种类型：Type A 长751-764 bp，Type B 长770-807 bp （含一个32 bp的插入），Type C 长581-594 bp; （5）长间隔区（Type A，Type B ）中含有两个148-175 bp的串联亚重复单位，该亚重复单位与短间隔区（Type C ）中的一段143 bp的序列具有较高的相似性（56.0-66.8%）。 5. 银杉5S rRNA的二级结构 Mfold 3.2 预测结果表明：（1）银杉5S rRNA二级结构包括5个双螺旋区（干区）（Ⅰ-Ⅴ）、2个发夹结构环区（C和D）、3个中间环区（B1、B2 和 E）和1个铰链区（A）, 铰链区为三个双螺旋的结合处;（2） 二级结构中的环区通常比双螺旋区更加保守;（3）在5个双螺旋中，I 和 IV 区有较高的碱基替代率。

鳞毛蕨科、叉蕨科和藤蕨科的分子系统学研究

利用叶绿体rbcL和atpB基因对鳞毛蕨科、叉蕨科和藤蕨科进行了系统发育重建。对鳞毛蕨科的范畴和科下划分进行了重点研究，同时基于叶绿体rps4-trnS和trnL-F序列对该科三个东亚特有属（玉龙蕨属、柳叶蕨属和鞭叶蕨属）的分类等级进行了研究，基于rbcL、atpB和accD基因重新讨论了拟贯众属的系统位置。主要内容包括： 1.鳞毛蕨科的界定及三个东亚特有属的系统位置 利用rbcL和atpB基因，探讨了鳞毛蕨类及其近缘类群的系统发育关系。取样包括了鳞毛蕨类所有主要的分类群，尤其是增加了中国和东亚地区的类群代表。两个基因片段的联合分析较好地解决了鳞毛蕨类及其近缘类群的系统发育关系。研究结果显示广义鳞毛蕨科是个多系类群，传统上置于鳞毛蕨科中的蹄盖蕨类athyrioid、球子蕨类onocleoid和叉蕨类植物tectarioid均应该从鳞毛蕨科分出而独立成科。我们的研究结果支持Smith et al.（2006）对鳞毛蕨科的重新界定，但被作者暂时置于鳞毛蕨科的三个属：大膜盖蕨属Leucostegia、肿足蕨属Hypodematium和Didymochlaena应该从鳞毛蕨科分立出去;红腺蕨属Diacalpe、毛枝蕨属Leptorumohra和黔蕨属Phanerophlebiopsis应该作为鳞毛蕨科的成员，同时被Smith et al.（2006）保留在叉蕨科的黄腺羽蕨属Pleocnemia也应该作为鳞毛蕨科成员。鳞毛蕨科下分为四个主要的分支：鳞毛蕨支dryopteroids、耳蕨支polystichoids、肋毛蕨支ctenitoids和舌蕨支elaphoglossoids。鳞毛蕨支和耳蕨支互为姐妹群，舌蕨支是其他三个分支的姐妹群。 玉龙蕨属Sorolepidium、柳叶蕨属Cyrtogonellum和鞭叶蕨属Cyrtomidictyum是鳞毛蕨科中的三个东亚特有属，这三个特有属的分类等级和系统位置在不同的分类系统中存在争议。本文对rbcL基因进行分析并结合孢子扫描电镜观察，不支持玉龙蕨属成为一个独立的属，而应该作为耳蕨属的异名。利用rbcL、atpB、trnL-F和rps4-trnS四个DNA片段对柳叶蕨属和鞭叶蕨属进行的系统学分析，支持鞭叶蕨属作为一个独立的属，并且位于整个耳蕨类植物的基部位置。柳叶蕨属同耳蕨属近缘，尤其是同耳蕨属的细裂耳蕨组Sphaenopolystichum、半开羽耳蕨组Haplopolystichum和戟叶耳蕨组Crucifilix关系较近。但是柳叶蕨属的分类等级以及与耳蕨属的属间界限尚需要进一步研究。 2.叉蕨科的分子系统学研究 对rbcL和atpB两个基因片段的单独和联合分析均表明，秦仁昌定义的叉蕨科Tectariaceae不是一个自然的单系类群。在系统发育树上，肋毛蕨属Ctenitis、轴鳞蕨属Dryopsis、节毛蕨属Lastreopsis和黄腺羽蕨属Pleocnemia与鳞毛蕨科聚在一起构成一个强支持的分支。当把上述四个属排除以后，叉蕨属Tectaria、轴鳞蕨属Ctenitopsis、地耳蕨属Quercifilix、牙蕨属Pteridrys和沙皮蕨属Hemigramma形成一个单系类群，并得到很好的支持，该单系类群同条蕨科、骨碎补科和水龙骨科形成姐妹群关系。该单系类群同目前Smith et al.（2006）对叉蕨科的定义一致。在rbcL基因单独分析中，爬树蕨属Arthropteris同叉蕨属－沙皮蕨属聚在一起，但支持率较低。 3.藤蕨科的分子系统学研究及拟贯众属的系统位置 根据对薄囊蕨类114个分类群的rbcL基因和30个代表类群的rbcL、atpB和accD基因的系统发育分析，发现传统的藤蕨科Lomariopsidaceae不是单系类群，除了藤蕨属和Thysanosoria仍然为藤蕨科成员外，藤蕨科的主要成员（实蕨属Bolbitis、网藤蕨属Lomagramma、舌蕨属Elaphoglossum和Teratophyllum）同鳞毛蕨科植物聚在一起，因此应该被归并到鳞毛蕨科。根据Smith et al.（2006）对藤蕨科的最新定义，藤蕨科包括藤蕨属Lomariopsis、肾蕨属Nephrolepis等在内的4个属。但是本文的研究不支持把肾蕨属作为藤蕨科成员，而应该作为一个独立的分类单元，即成立肾蕨科更为合适。根据我们的分析，拟贯众属Cyclopeltis既不是鳞毛蕨科也不是叉蕨科成员，而与藤蕨属Lomariopsis聚成一个强支持的姐妹群。叶片奇数一回羽状、侧生羽片以关节着生于叶轴，叶脉游离等形态特征支持两者的近缘关系。

蕨属的系统发育及谱系地理学研究

蕨属（Pteridium Gled. ex Scop）分布范围极广，几乎遍布于全世界。关于此属的属下分类一直争论不休，主要是因为此属的分布广，形态变异比较大，变异类型之间形态差异不显著，缺乏明确的鉴别性状，或者变异类型之间存在过渡。 本研究利用叶绿体rps4-trnS DNA序列和trnS-G DNA序列构建了世界不同地区蕨属植物的系统关系及中国区域蕨属植物的系统关系，同时构建了世界不同地区蕨属植物的单倍型关系。我们发现，（1）南美洲和澳洲的蕨属植物分化最早;（2）北美洲的蕨属植物遗传变异最丰富，有多条相互独立的进化线（evolutionary lineages）;（3）欧亚大陆和非洲的蕨属植物都与北美洲具有密切关系;（4）大洋洲的蕨属植物同时受南美洲和亚洲蕨属植物的影响;（5）东亚的蕨属植物直接受北美洲蕨属植物的影响，与欧洲和非洲没有直接的关系;（6）非洲和欧洲的蕨属植物关系密切，有着相同的起源。 根据不同地点的蕨属植物的系统关系和单倍型Network关系，我们认为，蕨属植物起源于南美洲，而后向北美洲和澳洲扩散。在北美洲东部和东南部蕨属植物得到繁荣并分别向三个方向扩散与分化。第一个方向是朝北美西部扩散，第二个方向是两次独立扩散到亚洲，第三个方向是扩散到非洲，进而由非洲向欧洲扩散。 根据叶绿体基因所揭示的世界不同地区蕨属植物的发生和发展规律结合前人的研究，我们认为蕨属包含四个物种。Pteridium aquilinum (L.) Kuhn，分布于北美洲、亚洲、非洲和欧洲。该种分布广泛，存在一定的地理分化，可进一步划分8个亚种。Pteridium esculentum (G. Forst.) Cokayne，分布于南美洲，并扩散到澳大利亚，甚至东南亚国家。Pteridium caudatum (L.) Maxon，分布于中美洲和南美洲，是个异源四倍体。Pteridium semihastatum (Wall. ex Ag.) S.B.Andrews，分布于澳洲和东南亚，是个异源四倍体。 通过分子数据和形态分析相结合，作者认为中国蕨属包括两个亚种，即蕨[Pteridium aquilinum (L.) Kuhn subsp.japonicum (Nakai) Á.Löve & D.Löve]和毛轴蕨[Pteridium aquilinum (L.) Kuhn subsp. revolutum (Bl.) X. Q. Chen, stat. nov.]。作者认为，《中国植物志》中记载的食蕨，特有种云南蕨、糙轴蕨、镰羽蕨和长羽蕨并不存在或只是蕨或毛轴蕨的变形，或者毛轴蕨与蕨的杂交个体。 为了今后更进一步研究蕨属植物的系统与进化关系、居群的遗传结构等问题，作者还分离了8个具有多态性的微卫星位点，探讨了微卫星引物开发设计过程中如何提高效率等问题。

蔷薇类的分子系统学研究—兼论系统发育基因组学的原理和方法(以SET基因超家族为例)

分子系统发育分析的主要任务包括：（1）帮助建立生命之树（tree of life）;（2）追踪基因和基因家族（gene family）的起源和进化, 以获知基因在进化过程中的功能分化和伴随发生的重要分子事件（key molecular events）和形态性状的关键创新（key innovation）。这两个方面在本研究中都有所涉及。对于前者，选用植物线粒体matR基因重建被子植物蔷薇类群的系统发育关系;对于后者，则以SET基因超家族为例，探讨其在真核生物中的进化分类以及与功能多样性的关系。 I 蔷薇类的分子系统学 蔷薇类（rosids）是基于分子数据建立的被子植物的主要分支之一，包含13个目，大约三分之一的被子植物物种。两个主要蔷薇类内部分支是豆类fabids（包含7个目）和锦葵类malvids（包含3个目）。然而，这两个分支内部，以及这两个分支与蔷薇类基部类群，包括牻牛儿苗目（Geraniales）、桃金娘目（Myrtales）和流苏子目（Crossosomatales）之间的关系大多是不清楚的。本研究中，我们选取174个物种来代表72个蔷薇类（rosids）的科，利用两个数据集，即线粒体matR单基因数据集和包括线粒体matR基因、两个质体基因(rbcL、 atpB)和一个核基因(18S rDNA) 的4基因数据集，重建蔷薇类在科以上分类阶元水平的系统发育关系。同时，还对线粒体matR基因的进化特征和用于大尺度系统发育分析的适合度和潜力进行了评价。 线粒体matR单基因数据支持malvids和大多数蔷薇类目的单系性质，然而，豆类（fabids）成员没有形成一个分支，其COM亚支，包括卫矛目（Celastrales）、酢浆草目（Oxalidales）、金虎尾目（Malpighiales）和蒜树科（Huaceae），分辨为锦葵类（malvids）的姐妹群。这个关系在最近根据花结构特征曾被提出过，但从未在之前的分子系统发育分析中得到分辨。4基因数据集支持首先是牻牛儿苗目（Geraniales），接着是桃金娘目（Myrtales）作为蔷薇类（rosids）的最基部的分支;流苏子目（Crossosomatales）是锦葵类（malvids）姐妹群，以及蔷薇类（rosids）的核心部分包括豆类（fabids），锦葵类（malvids）和流苏子目（Crossosomatales）。线粒体matR基因的进化特征分析显示，与两个叶绿体基因(rbcL 和atpB)比较，同义替代速率约是它们的1/4，而非同义替代速率接近于自身的同义替代速率，表明matR 基因具有松弛的选择压力。线粒体matR基因相对慢速的进化使非同源相似（homoplasious）突变减少，提高了系统发育信息的质量，同时，松弛的选择压力使非同义替代数量增加，弥补了慢速进化导致的系统发育信息数量不足的缺陷，这两个方面的结合使线粒体matR基因非常适用于被子植物在科以上水平的系统发育研究。 II SET基因超家族的系统发育基因组学分析 SET基因超家族基因编码含有SET结构域的蛋白，在真核生物中，SET-domain蛋白一般是多结构域（multi-domain）的。SET-domain蛋白具有对组蛋白H3和H4的N末端尾部进行赖氨酸残基甲基化修饰的酶活性;从异染色质形成到基因转录，甲基化的组蛋白广泛影响染色质水平的基因调控。依据SET结构域一级序列的相似性和结构域组织（domain architecture）特征，目前，SET-domain基因超家族被划分为4-7个家族。由于这些划分或者使用动物或者使用植物SET基因，只有少数其它类群的物种加入分析，因此这样的划分可能是不完整的。本研究采用系统发育基 因组学方法（phylogenomic approach），在真核生物范围内广泛取样，期望获得相对完整的SET-domain基因家族的 进化分类方案，在此基础上加深理解SET-domain基因的进化机制和功能多样性。 在提取了17个物种，代表5个真核超群的SET蛋白序列基础上，系统发育分析结合“结构域组织特征”鉴别了9个SET基因家族，其中一个是新的SET基因家族。以前的SET8和Class VI家族,及SMYD和SUV4-20家族分别合并为一个家族。大部分家族在进化过程中发生了2次以上的基因重复事件，通过获得不同的结构域产生具有不同功能的新基因。一个SET基因家族在进化过程中推测发生了从脊椎动物祖先向盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）的水平基因转移。

槽舌兰属的分子系统学研究兼叶表皮研究

槽舌兰属为(Holcoglossum schltr.)兰科树兰亚科万代兰族指甲兰亚族植物，大部分种类为中国特有种，部分种类分布到越南、泰国、缅甸等国家和地区。本研究利用ITS、trnL-F和matK序列重建了槽舌兰属的系统树，在此基础上对其和植物地理进行了初步探讨并对该属植物的叶表皮特征演化进行了探讨。具体结果如下： 1．槽舌兰的分子系统学研究及分子植物地理学 对槽舌兰属的13个种的12个种进行了取样（H. quasipinifolium未包括），而横断山地区所有已知的槽舌兰属植物的居群进行了取样，共有25个取样代表了槽舌兰属。运用ITS、trnL-F和matK序列重建了槽舌兰属的系统树。槽舌兰属得到了很强的单系支持，并且分为了从南到北的三个分支，其中高山类群得到了很强的支持，尽管该类群内部系统关系没有得到解决。本研究推测槽舌兰属是从南部的热带地区向北部扩散，并在横断山地区辐射分化。槽舌兰高山类群的辐射分化和该地区的迅速隆起密切相关。 2．槽舌兰属的叶表皮演化 在光学显微镜下和电子显微镜下，观察了21个代表槽舌兰属8个种以及5个来自Vanda concolor和 Aerides ordorata的叶表皮样品的常规特征，包括表皮细胞的形状，密度，垂周壁式样，气孔类型，气孔指数，气孔长/宽（L/W）, 气孔大小等等。槽舌兰属的气孔除H. omeiense外，其它上、下表皮均有气孔分布，是比较进化的类型。表皮细胞为多边形，垂周壁平直或弓形。槽舌兰属的上表皮细胞都大于下表皮的细胞。与万代兰族的其它类群相似。结果表明，气孔类型和气孔指数与属的系统发育关系一致，可以作为一个很好的特征。 3．槽舌兰属高山组的物种形成初探 槽舌兰属高山组植物在形态上、传粉系统以及生境都有了很大的分化，但该类群在分子序列上却几乎没有区别，本文推测该类群是近期的辐射分化形成的。

国产十大功劳属植物的分类学修订

本文通过广泛的标本室研究结合野外实地调查，对十大功劳植物进行全面的形态学性状分析研究，据此对国产十大功劳植物进行分类学修订；还开展了叶表皮形态、孢粉学和分子系统学等方面的研究，并就这些性状在十大功劳属植物中的分类价值以及属下系统发育的关系及意义进行了讨论。结果如下： 1. 形态学特征 在对国内、外18 家标本馆1500 余份标本（包括模式标本）的查阅及40 余个县针对性的野外居群考察基础上，对十大功劳属植物形态性状（包括前人使用过的）的变异式样及其分类学意义进行了分析，并对一些数量性状进行了详细的统计分析。最后确认叶柄长度、小叶形状、小叶宽度、锯齿类型、花梗与苞片的相对长度、苞片和外萼片形状、中萼片与内萼片的相对长度、花序类型、苞片形状、外萼片形状、花瓣顶端是否裂等性状在种内变异稳定，是比较可靠的分类学性状。然后，利用这些可靠的形态学性状对国产十大功劳属下种的范围进行了界定。 2. 叶表皮形态 通过对十大功劳属植物4组12个亚组53 个种及两个其它属近缘植物（Ranzania japonica and Nandina domestrica ）叶表皮特征分别在光镜和电镜下进行观察，光镜下叶表皮细胞形状多为不规则形，少数为近多边形，垂周壁为波状或近平直；电镜下根据叶片下表皮的角质层突起及气孔特征将十大功劳属植物分为10 种类型，气孔都分布于下表皮。叶表皮性状对理解该属的属下系统关系有重要意义。 3. 孢粉学研究 通过对十大功劳属植物4组9个亚组18 个种植物的花粉特征的观察，发现花粉形态在属内变化比较一致，对于讨论属内组间、亚组间和种间的演化关系意义不大。 4. 种子形态 通过对十大功劳属植物4个组9个亚组的24个种及一个相关种Nandina domestica 种子形态特征研究，发现种子形态（特别是种皮纹饰）在十大功劳属内具有重要的系统学意义。根据种皮纹饰（网眼形状、网脊等）可将十大功劳属植物分为9 个类型。 5.分子系统学 在前人的工作基础上增加了15 个种，基于44 种十大功劳植物和6 种小檗属植物ITS 序列分析，显示该属可分成4 大支，基本上支持前人的4个组的划分。但就中国种类而言，尽管有几支能被明显的划分，但总体上组下关系仍不明确。另外，以M.polydonta、M.Longibracteata、M.paucijuga 为主的一支与美洲种类聚在一起，这说明这一支所代表的种类与美洲种类有较近的关系。 6. 分类处理 基于上述研究，我们对国产十大功劳属植物进行了全面的分类学修订。与《中国植物志》相比：发现新分类群2 个，新等级4 个，增加新异名3个，省级新分布1 个，并对4 个种进行了补充及订正描述。并对一些疑难类群进行了充分讨论，最后确认国产十大功劳属植物共包括38 个种，2个亚种。同时基于叶表皮、种子形态、分子序列等证据，对十大功劳属下系统进行了讨论。