东亚—北美间断分布类群的分子生物地理学研究—以莲科和菖蒲科为例

在洲际间断生物地理学研究中，东亚—北美间断分布类群的分子生物地理学研究一直是关注和研究的热点。在本论文中我们选取了水生和半水生的植物代表类群，莲科（Nelumbonaceae）和菖蒲科（Acoraceae）作为研究对象，通过来自叶绿体、线粒体和核基因组的DNA 序列分析和微卫星分析，一方面探讨莲科的系统位置、揭示其间断地理格局的形成过程、重建菖蒲科的系统发育及其地理格局的形成过程的同时，另一方面，在总结前人研究成果的基础上，总结东亚—北美间断分布的基本特点。主要成果总结如下。 1. 菖蒲科的系统发育和分子生物地理学 菖蒲科仅含一属，菖蒲属（Acorus），共5 种。其中北美菖蒲（A. americanus） 分布于北美，其余4 种（A. calamus, A. gramineus, A. tatarinowii and A. rumphianus） 分布于亚洲的东部和南部。北美菖蒲和菖蒲（A. calamus）叶片中间具有明显的中肋；其余3 种不具有明显的中肋。本论文的19 份材料包含了4 个种，（不含较狭域分布的长苞菖蒲A. rumphianus），利用4 个叶绿体基因片段（trnL-F, psbA-trnH, rps16-trnK, rbcL）和1 个核基因片段（ITS）的序列重建菖蒲属的系统发育。结果表明（1）具有中肋和不具中肋的物种各自聚为一支；（2）具有中肋的菖蒲和北美菖蒲亲缘关系最近，构成东亚—北美间断种对关系；（3）在不具有中肋的一支内部，来自台湾的材料与其它材料差异最大，其余的材料也明显的分为了两类。基于rbcL 序列，使用松散分子钟模型、贝叶斯算法估算菖蒲属起源时间约为135.17 百万年（mya），菖蒲和北美菖蒲的间断分歧时间约为3.72mya。该结果支持菖蒲属为古老的单子叶植物，但东亚—北美间断物种分化时间较年轻。我们推测间断的种对可能通过白令陆桥，从东亚扩散到了北美。 2. 莲科的系统位置和分子生物地理学 莲科仅含一属，莲属（Nelumbo），两个种莲（N. nucifera）和美洲黄莲（N. lutea），间断分布于东亚、澳大利亚北部和北美东部。莲科的系统位置在形态和分子证据不一致。本论文使用了核基因18S rDNA、26S rDNA，叶绿体基因atpB、rbcL，线粒体基因NAD1 的序列重新构建莲科的系统位置并进行了分化时间推算。结果为：（1）叶绿体和核基因构建的严格一致树的拓扑结构不一致，叶绿体数据支持莲科和山龙眼科、悬铃木科具有较近的亲缘关系，核基因数据显示莲科位于真双子叶植物的基部；（2）5 个基因片段的合并分析结果显示，莲科与山龙眼科、悬铃木科聚为一支但支持率不高；（3）基于核基因、叶绿体和5 个基因的分别合并数据，使用松散分子钟模型、贝叶斯算法估算莲科起源时间分别为，113.13 、109.38 和110.35mya ，两个间断物种的分化时间为，3.77、4.34、5.85mya；（4）根据间断的时间和两个物种的遗传差异程度，现存的两个物种应是来自于东亚或北美的冰期残遗，而不是来自于两个大陆祖先种的独立进化后裔。 3. 莲的分子谱系地理学研究 我们采集了37 份莲的材料，10 份美洲黄莲的材料，代表了两者的主要分布区。我们选取了叶绿体基因（trnL-trnF, trnS-trnG, petB-petD 和psbA-trnH），线粒体基因COX1，以及11 个微卫星位点进行莲的分子谱系地理研究。DNA 序列显示莲和美洲黄莲均具有很低的遗传多样性；微卫星数据揭示了稍高于DNA 序列的遗传多样性。两物种相比，美洲黄莲的多样性较高。基于微卫星数据的遗传结构分析表明，莲存在明显的3 个地理分化区域，这三个区域的遗传分化显著（FST=0.542），说明莲远距离群体间基因交流有限。基于DNA 序列和微卫星数据的单倍型地理分布关系，我们推测东南亚地区是莲的避难所或冰期残遗区，冰期后群体分别向西和向北扩张。 4. 东亚—北美间断分布的一般特点 （1）东亚—北美东部间断分歧时间范围较长，从始新世中期甚至更早一直持续到1mya 左右；东亚—北美西部间断类群分化时间跨度相对小，集中在中新世时期；东亚—整个北美间断分化时间与东亚—北美东部间断类群一样经历较长时间；草本类群晚于木本类群形成间断分布式样，洲际间断分化时间与类群的起源时间并无相关性。（2）东亚与北美间断分布类群的起源地因类群而异。（3） 东亚与北美间断分布类群扩散方向呈不确定性。（4）东亚与北美间断类群扩散有三条可能的路径，即大西洋陆桥、白令陆桥和南半球跨洋长距离传播。

Phylogeny of east Asian bufonids inferred from mitochondrial DNA sequences (Anura : Amphibia)

We investigated the relationships of Asian bufonids using partial sequences of mitochondrial DNA genes. Twenty-six samples representing 14 species of Bufo from China and Vietnam and 2 species of Torrentophryne from China were examined. Three samples of Bufo viridis from Armenia and Georgia were also sequenced to make a comparison to its sibling tetraploid species B. danatensis. Bufo americanus, from Canada, was used as the outgroup. Sequences from the 12S ribosomal RNA, 16S ribosomal RNA, cytochrome b, and the control region were analyzed using parsimony. East Asian bufonids were grouped into two major clades. One clade included B. andrewsi, B. bankorensis, B. gargarizans, B. tibetanus, B. tuberculatus, its sister clade B. cryptotympanicus, and the 2 species of Torrentophryne. The second clade consisted of B. galeatus, B. himalayanus, B. melanostictus, and a new species from Vietnam. The placement of three taxa (B. raddei B. viridis, and its sister species, B. danatensis) was problematic. The genus Torrentophryne should be synonymized with Bufo to remove paraphyly. Because B. raddei does not belong to the clade that includes B. viridis and B. danatensis, it was removed from the viridis species group. The species status of B bankorensis from Taiwan is evaluated. (C) 2000 Academic Press.

Molecular cloning and characterisation of a pattern recognition protein, lipopolysaccharide and beta-1,3-glucan binding protein (LGBP) from Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis

A pattern recognition protein (PRP), lipopolysaccharide and beta-1,3-glucan binding protein (LGBP) cDNA was cloned from the haemocyte of Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis by the techniques of homology cloning and RACE. Analysis of nucleotide sequence revealed that the full-length cDNA of 1,275 bp has an open reading frame of 1,098 bp encoding a protein of 366 amino acids including a 17 amino acid signal peptide. Sequence comparison of the deduced amino acid sequence of F. chinensis LGBP showed a high identity of 94%, 90%, 87%, 72% and 63% with Penaeus monodon BGBP, Litopenaeus stylirostris LGBP, Marsupenaeu japonicus BGBP, Homarus gammarus BGBP and Pacifastacus leniusculus LGBP, respectively. The calculated molecular mass of the mature protein is 39,857 Da with a deduced pI of 4.39. Two putative integrin binding motifs, RGD (Arg-Gly-Asp) and a potential recognition motif for beta-1,3-linkage of polysaccharides were observed in LGBP sequence. RT-PCR analysis showed that LGBP gene expresses in haemocyte and hepatopancreas only, but not in other tissues. Capillary electrophoresis RT-PCR method was used to quantify the variation of mRNA transcription level during artificial infection with heat-killed Vibrio anguillarum and Staphylococcus aureusin. A significant enhancement of LGBP transcription was appeared at 6 h post-injection in response to bacterial infection. These results have provided useful information to understand the function of LGBP in shrimp.

高原鼠兔种群的性比

性比是反映动物种群的基本特征之一，因此成为种群生态学的主要研究内容。就种群的性比而言，在不同的物种、或同一物种在不同的时期和条件下都有极大的不同~[1-4]。性比的改变将影响动物的种群结构、家庭组成和交配关系，也影响动物两性的配偶竞争、繁殖投入、繁殖成功以及性二型的分化等~[4-13]。在繁殖过程中，动物可以采用改变性比的方法调节种群的密度和大小[2,14,15]。同时，动物的性比受多种因素的影响，不仅存在季节、年间以及地理变化的差异，而且受环境条件(如气温和降水量)的影响~[2～4]。捕食风险也是影响性比的主要因素。虽然许多动物出生时的性比是一样的，但是，由于捕食者在捕食猎物的过程中存在明显的选择性，使其性比发生了明显的变化~[16]。对于动物种群性比的研究已有诸多报道，其研究的动物包括海蛇尾(Ophiactis savignyi)~[5]、龙虾(Homarus gam- marus)~[6]、射毒蛙(Dendrobates purnilio)~[9]、斑马雀(Taeniopygyia guttata castanotis)~[8]、褐家鼠(Rattus norvegicus)~[17]等。高原鼠兔(Ochotona curzoniae)是青藏高原草地生态系统中的优势小哺乳类动物。有关高原鼠兔种群性比的研究，国内学者有过涉及~[18,19]，但所作工作多是在高原鼠兔繁殖生态学研究中进行的静态描述，对种群性比的年龄变化，季节和年度变化及其与环境条件的关系等方面的研究尚缺详细的报道。本文通过对高原鼠兔种群性比的年间比较、不同胎次性比的分析和越冬对其性比影响的研究，旨在探讨高原鼠兔的性比变化在其种群调节中的作用。