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。

绣球族的系统学研究

绣球科绣球族包含9属：草绣球属、叉叶蓝属、Broussaisia、常山属、绣球属、蛛网萼属、赤壁木属、冠盖藤属和钻地风属。到目前为止，绣球族内的属间关系还不清楚，族内的系统发育关系还有争论。本研究的目的是在前人研究的基础上，进一步发现新的系统学性状，为绣球族乃至绣球科补充新的证据;并综合多学科的研究结果进行分析，探讨绣球族的系统学关系。 本文研究了绣球族的外部形态学、花发育形态学、解剖学、分子系统学和分支系统学。 主要内容包括： 1. 形态学 通过标本室研究和野外观察，对绣球族植物的形态分化进行了分析。发现习性、地上茎的生存期限、花冠卷叠式、花瓣联合与否、花柱的联合程度、雄蕊的数目及排列具有系统学价值;放射花和果实是很好的分类性状，但并非可靠的系统学性状。 2. 花发育形态学 在扫描电子显微镜下，研究了绣球族常山属、绣球属、冠盖藤属、蛛网萼属共4种植物花器官发生和发育的全过程。发现它们的花萼均为螺旋式相继发生，花瓣的发生近乎同时。冠盖藤、马桑绣球及常山具两轮雄蕊，第一轮雄蕊发生于花瓣内轮正对萼片中部的位置，随后第二轮雄蕊发生于正对花瓣中部的位置。在第一轮雄蕊略靠内的位置形成第二轮雄蕊的时候，多数情况下，相邻的对萼雄蕊之间只形成1个对瓣雄蕊，但有时却形成2个对瓣雄蕊，使雄蕊群的数目略多于花被的数目。对萼雄蕊与对瓣雄蕊的分化方式基本一致，但它们在花芽中空间取向不同。 蛛网萼雄蕊数目极多，雄蕊群的发生式样较为独特，并不始于对萼三联体。最早的雄蕊于杯状体近基部发生，之后雄蕊的发生大致沿杯状体壁向上，具离心趋势。在雄蕊发生过程中杯状体继续伸长，为众多雄蕊的发生提供了空间。蛛网萼雌蕊的发生明显早于雄蕊，其它3种植物雌蕊的发生晚于雄蕊。4种植物的雌蕊在发生上较为相似，发育却不同。在常山、马桑绣球和蛛网萼中，花柱从开始到发育成熟始终分离，柱头在每个花柱的顶端形成;而冠盖藤属的花柱裂片从开始就是联合的，最终形成单一的花柱，柱头从合生花柱顶端远轴面分化形成。 3. 解剖学 在光学显微镜和扫描电子显微镜下，观察了绣球族9属42种1变种及近缘8属11种共53种1变种的叶表皮特征。发现气孔的分布、气孔器的类型、表皮细胞的形状及其垂周壁式样、毛被等具有一定的系统学意义和分类价值。绣球族各属的气孔仅散生于下表皮;而在绣球族的几个近缘属中，上下表皮均有气孔分布。气孔器在多数类群中为无规则型，仅常山属和绣球属离瓣组的成员为平列型。气孔多为椭圆形，稀近圆形;外拱盖表面通常光滑，仅在钻地风属中具条状纹饰;外拱盖内缘具环状加厚，近全缘、不规则波状或浅波状。表皮细胞在多数种中为不规则形，垂周壁波状、浅波状或深波状;在有些种中为（近）多边形，垂周壁平直或弓形。叶表皮细胞形状、垂周壁式样在绣球族寡种属属级水平比较稳定，但在绣球属中变化较大。表皮角质膜纹饰形态多样，有网纹、粗网纹、浅波状条纹、波状条纹、条纹、粗条纹及丝状条纹;在钻地风属及绣球属的少数种中，角质膜条纹有时汇集呈球形或玫瑰型。表皮毛状附属物有单细胞2分枝毛（黄山梅属）、多细胞星状毛（星毛冠盖藤）、单细胞星状毛（溲疏属）和单细胞不分枝毛四种。对钻地风属所有种的观察结果表明，仅在椭圆钻地风的下表皮细胞中央观察到乳突状结构，而在白背钻地风和圆叶钻地风中并未观察到前人描述的附属物。 4. 叶绿体DNA trnL-F序列的分析 首次对绣球族9属23种及近缘类群3属3种的trnL-F序列进行了测定。序列长度在860 bp~970 bp范围内变化。在以山梅花属、溲疏属和黄山梅属为外类群，基于trnL-F序列构建的系统树上，绣球族作为一个单系群得到很高的支持率。绣球属的种出现在不同的分支上，表明该属不是一个单系群。绣球族被分为两大支：第一支由绣球属离瓣组的中国绣球、绣球、以及常山和Broussaisia arguta组成;第二支由绣球属另外的9个种与草绣球属、叉叶蓝属、蛛网萼属、赤壁木属、冠盖藤属以及钻地风属组成。在第二支中，下列类群的近缘关系得到支持：① 草绣球与叉叶蓝属;② 绣球属挂苦子组的东陵绣球、圆锥绣球和挂苦绣球。③ 钻地风属、赤壁木属和冠盖藤属;④ 蜡莲绣球、莼兰绣球、马桑绣球、粗枝绣球。 5. 分支分析 以山梅花属为外类群，基于形态、解剖、花发育、孢粉等32个性状（或性状状态）对绣球族9属的系统发育关系进行了分支分析。结果表明：草绣球属和叉叶蓝属为基出类群，这两个属有多个共同特征;绣球族其余的成员聚成一支，该支又有5个分支。其中蛛网萼属和绣球属冠盖组各为单独的分支，它们有多个自衍征，可能有各自独立的演化线;绣球属离瓣组与常山属聚成一分支，二者的密切关系得到解剖学证据的支持;绣球属绣球组和星毛组聚成一分支，这两个组包含了绣球属的多数种类;钻地风属、赤壁木属、冠盖藤属、Broussaisia和绣球属挂苦子组聚成一分支。其中钻地风属、赤壁木属与冠盖藤属具多个近裔衍征，表明它们是绣球族的晚出类群。 通过对绣球族植物外部形态、花器官发生、叶表皮微形态特征、叶绿体DNA trnL-F区的研究以及基于形态性状的分支分析，并综合已有的研究结果，我们认为： 1. 绣球族是一个单系群;绣球属不是一个单系群。 2. 在绣球族中，草绣球属和叉叶蓝属关系密切，它们可能是绣球族其余成员的姐妹群。 3. 绣球组和星毛组可能是绣球属的核心成员;离瓣组和常山属关系密切;冠盖组有单独的演化线。 4. 赤壁木属、冠盖藤属和钻地风属为单系群，它们在绣球族处于较高的演化位置。 5. 绣球属需重新界定。

中国郁金香属(广义)的系统学研究

郁金香属（Tulipa L.）是世界著名的观赏植物，广泛分布于欧洲、亚洲的温带地区以及非洲的西北部，中亚地区是其分布和多样化中心。该属包括老鸦瓣组、长柱组、郁金香组、毛蕊组、扭药组、鸡冠组和无毛组共七个组，40至150种。老鸦瓣组是东亚特有类群。中国共有郁金香属植物16种，主要分布于西北（新疆）以及中东部地区，其中老鸦瓣组有4个种，占该组全部种类的4/5。长期以来，由于对老鸦瓣组的生物学特性及其地理分布缺乏了解，该类群的归属问题一直都是该属系统学研究中争论的焦点之一。因此，本文以分布于我国的郁金香属作为主要研究对象，通过对其形态学、胚囊发育的比较胚胎学以及分子系统学研究，对老鸦瓣组的系统位置以及上述特征在该属分类中的意义进行了探讨。主要结果如下 1)通过对该属18种植物（包括土耳其的3个种）28个形态性状数据的分支分析，表明广义郁金香属并不是一个单系类群。Tulipa sect. Amana与该属其他四个组（sect. Orithyia、sect. Eriostemones、sect. Leiostemones和sect. Tulipanum）在分支树上各成一支，它们与Lloydia属构成一个大支的三个分支。同时，sect. Amana具有与子房近等长的花柱以及2-3（-4）个苞片等与郁金香属不同的形态特征。因此，我们认为sect. Amana应从广义郁金香属中独立出来，恢复其老鸦瓣属Amana Honda作为属的分类地位。 2)发现了一个新种：Amana kuocangshanica D.Y. Tan et D. Y. Hong。该种与A. erythronioides 和A. anhuiensis近缘，区别在于鳞茎皮内侧光滑无毛，下部叶披针形，自基部向上2/3处最宽，果喙长0.64±0.08 cm。 3）对16种植物叶表皮形态观察的结果表明，老鸦瓣属4个种的叶上表皮细胞为矩形或矩圆形、下表皮为菱形或矩形，垂周壁为直线形或波形，上表皮无气孔或气孔密度较小，这些特征与狭义郁金香属的种差异显著。在狭义郁金香属中，叶表皮特征在种间差异明显，可以作为分种及种间亲缘关系探讨的依据，但在组间没有明显的差异。 4）对19种植物的花粉形态观察表明，Amana属的4种为近椭球形、舟形和肾形， 外壁纹饰网状，网脊浅皱波状，与狭义郁金香属的15种具明显不同。在狭义郁金香属中，花粉外壁纹饰虽然在种间存在一定程度的差异，但对组的划分意义不大。 5）从种皮形态及微形态特征看，在所观察的16种植物中，Amana属的种子小，呈半月形，较厚，种柄明显，胚不易见;种皮纹饰为皱波状或不规则，与狭义郁金香属存在显著的差异。狭义郁金香属的12种在种皮纹饰、网眼大小及形状、网脊宽窄等方面均存在明显的差异，但组间无明显差别，说明这些特征在种的划分上具有一定的分类学意义。 6）对16种植物的胚囊发育过程观察表明：共有6种胚囊发育类型，即Fritillaria type、Drusa type、Tulipa iliensis type、Tulipa tetraphylla type、 Adoxa type和Eriostemones type。其中Tulipa iliensis type为所发现的一种新的胚囊发育类型。Tulipa iliensis、T. heterophylla和T. heteropetala3个种具有两种胚囊类型。在郁金香属中，胚囊的发育类型具有一定的系统学意义。 7）通过对21种郁金香以及猪牙花属2种植物基于nrDNA ITS区和cpDNA trnL-F 区的序列分析，发现广义郁金香属并非一单系类群，老鸦瓣属为猪牙花属的姐妹群。在狭义郁金香属中，sect. Orithyia、sect. Tulipanum以及sect. Eriostemones得到了该分子系统学分析的支持，而sect. Leiostemones是否成立及其系统关系问题尚有待于进一步研究。

芍药属芍药组的变异与进化：形态、染色体和分子证据

芍药属Paeonia是芍药科Paeoniacea内唯一的一个属。包括大约35个种，间断性的分布于北温带地区。其内三个组分别是牡丹组(sect. Moutan)、北美芍药组(sect. Onaepia)和芍药组(sect. Paeonia)。芍药组是芍药属中最大，也是唯一具有染色体倍性变化的一个组，现有大约25个种。其中，大约半数的种是四倍体（2n＝20），主要分布于地中海地区。虽然有证据表明四倍体类群大多为异源起源，但芍药属内一致的核型、相似的形态和重叠的地理分布使得它们的起源和分类一直存在很大的争议。本研究利用了4个细胞核DNA片段（乙醇脱氢酶基因－Adh1和 Adh2;nrDNA的内转录间隔区－ITS;甘油－3磷酸乙酰转移酶基因－GPAT）和4个叶绿体DNA片段（matK基因;基因间隔区trnL-trnF、psbA-trnH和rps16－trnQ）对芍药组的网状进化进行部分重建。并在此基础上，对推测为杂交起源的P. anomala进行了形态学和细胞发生的研究。主要研究结果如下： 1． 芍药组的系统学 利用多个DNA分子标记(cpDNA: matK, rps16-trnQ; nrDNA: ITS, Adh1, Adh2)，芍药组的二倍体和四倍体类群的系统发育被部分重建。基于最大简约法、贝叶斯法和最大似然法的系统发育分析表明： (a) 除P. tenuifolia之外，所有地中海地区分布的二倍体类群构成一个单系分支。该支与亚洲分布的二倍体类群以及P. tenuifolia成并系关系。 (b) 核和叶绿体DNA系统发育树的不一致，以及ITS、Adh基因的多态性的分析，表明部分二倍体类群间和四倍体类群间都存在杂交事件。这些类群包括：中国新疆阿勒泰地区分布的二倍体种P. anomala和P. intermedia（杂种个体XJ053）;高加索地区分布的二倍体种P. tenuifolia和P. daurica（杂种个体H9933）;土耳其分布的四倍体种P. mascula和P. kesrouanensis（杂交个体在两个居群中检测到）。 (c) 不一致的核和叶绿体DNA系统发育树，以及Adh基因表现出的相同多态性模式进一步支持早先的推测，即四倍体类群P. arietina是异源四倍体。同时扩大的数据分析显示P. obovata近缘类群为其母系亲本，P. tenuifolia近缘类群为其父系亲本。此外，形态上具有一定分化的两个亚种P. arietina ssp. arietina和P. arietina ssp. parnassica是多次起源。 (d) 现今地中海分布类群的近缘种参与了四倍体种P. kesrouanensis 和P. coriacea，以及P. wittmanniana和P. mascula的物种形成。依据Adh序列种内的多态性，初步推测P. kesrouanensis 和P. coriacea可能是异源四倍体，其另一个亲本与P. arietina母系亲本近源。而P. wittmanniana和P. mascula可能是同源四倍体。 (e) P. saueri和P. peregrina的两个亲本类群分别与P. tenuifolia和现今地中海分布二倍体种的近缘类群。 (f) Adh1基因序列中近缘的重组类型暗示：四倍体种P. macrophylla和P. banatica很可能是同倍性杂种。 2． P. anomala的杂交起源和细胞发生 P. anomala新疆阿勒泰地区分布的居群核型第一次被报道。该地区分布的类群核型为2A型(核型公式：2n = 2x = 10 = 6m+2sm+2st)。减数分裂的观察统计显示：阿勒泰地区所有检测个体都是臂内倒位杂合子。基于断片大小以及不同个体染色体桥和/或断片出现率的差异，我们发现该类群臂内倒位存在多态性。荧光原位杂交（FISH）证实P. anomala共有8个18S rDNA位点，并且定位了一个倒位片段在3号染色体的短臂上。此外，高频率的棒状二价体和单价体，以及低的同源染色体的配对系数说明该类群同源染色体间存在分化。染色体结构杂合能够导致部分花粉败育，所有被检测个体的花粉败育率约为8.8 – 29.4%。 扩大的居群取样以及多基因(cpDNA: matK, psbA-trnH, rps16-trnQ, trnL-trnF; nrDNA: ITS, Adh1, Adh2, Gpat)的系统发育分析，进一步支持P. anomala杂交起源于P. veitchii 和P. lactiflora的近缘类群。cpDNA片段和核DNA片段（ITS、GPAT）基因树间的不一致，以及P. anomala Adh1和Adh2序列表现出的多态性都支持该类群杂交起源的推测。不过，表型分析显示P. anomala在形态上偏向于P. veitchii。 3． P. obovata Maxim.四倍体类群的起源 与原先基于形态性状的认识不同，P. obovata 四倍体类群并不是一个严格意义上的同源四倍体。它起源于二倍体P. obovata中国和日本分布的两个地理亚种之间的杂交。Adh2基因仅在中国分布二倍体居群的扩增失败支持这一推测。此外，Adh基因系统发育分析显示：间断性分布于中国中部和中国东北部的四倍体类群是独立起源。

花楸属的系统学初步研究

花楸属隶属于蔷薇科苹果亚科，全世界约有100种左右，主要分布在北半球的亚洲、欧洲和北美洲。广义的花楸属包括下述六个亚属，即Subg. Aria, Subg. Chamaemespilus, Subg. Micromeles, Subg. Torminalis, Subg. Cormus, Subg. Sorbus。由于缺乏野外工作和标本不够丰富等原因，部分亚属的分类处理尚不能令人满意。同时，该属的范围及其属下部分类群的系统位置存在一定的争议。本文对广义花楸属的属下类群进行了研究，通过分支分析和表征分析以及分子系统学两方面的研究，对该属的属下类群的系统位置进行了探讨。 1、分支分析和表征分析 选取了广义花楸属（Sorbus L.）属下6个亚属的34种植物作为研究对象，并以Pyrus, Crataegus, Photinia, Malus和Cotoneaster作为外类群来研究花楸属属下类群的分类关系，对该属典型的30个形态性状数据进行编码，进行了分支分析和表征分析。结果表明，广义花楸属是一个非单系类群，外类群完全镶嵌于其中。广义花楸属属下的6个亚属各自也不能形成单系，只有花楸亚属（Subg. Sorbus）形成不严格的单系。因此，我们初步认为，花楸属应该仅包含复叶类群（Subg. Sorbus），或者还会有Subg. Cormus。由于其余的4个亚属尚不能形成规则的单系或聚类，因此进一步的研究宜采用分类群的更多性状或运用分子系统学的途径。 2、分子系统学 通过对花楸属23个种类的两个DNA片段：核nrDNA的ITS和叶绿体cpDNA的trnL-F进行简约分析，构建了广义花楸属5个亚属及其与近缘属的系统发育树。结果显示，由于外类群大多镶嵌于广义花楸属中，故花楸属不能形成一个单系。其中单叶类群Subg. Aria聚类较明显，并且得到了很高的支持率，而且该亚属与外类群Crataegus和Cotoneaster的关系要比它与其它亚属的关系更近，至于其是否是独立的属还有待进一步的研究。该属中的复叶类群Subg. Sorbus在图中并不能形成严格的单系，其分类位置值得重新考虑。

黍子叶绿体光系统Ⅱ32kDa蛋白基因：psbA的分子克隆及其在不同光质诱导下的转录调节

本文以我国的一种古老作物也是一种C4植物一黍子(Pannicum miliaceum)为材料，克隆了其叶绿体光系统Ⅱ反应中心32kDa蛋白的基因—psbA，研究了不同光质对其表达的影响，并讨论了psbA转录调控的可能机理。 用无水法从黍子幼，苗分离其叶绿体，裂解后用常规的饱和酚抽提法制备cpDNA，并用于A-T含量测定，电镜观察和psbA的基因克隆．结果表明，黍子cpDNA的A-T含量(67%)与其它高等植物的A-T含量(61-67%)基本一致。根据电镜观察，其分子大小在36-40um之问，相当于79×l06Da或127kb。除了环状的大分子cpDNA外，我们也观察到了一些环状的小分子cpDNA。据此，我们认为，叶绿体基因组在体内可能是处于一种动态的变化过程中，这种变化或许是适应其功能的需要，也或许是内共生系统进化过程中遗留下来的叶绿体祖先的行为。 黍子cpDNA经EcoRI消化后，建立了专一性片段的克隆库，并从中筛选出了呈psbA杂交阳性的克隆．Southern杂交结合限制性内切酶分析表明，含黍子psbA的EcoRI的限制片段长约2.Okb，较水稻和大麦的短约0.2kb。 以白光、红光，兰光、远红光和黑暗五种不同的处理培养黍子幼苗，叶片采收后用于叶绿素积累，高分子量cpRNA积累和psbA的Northern Spot分析。结果表明，不同的光质促进叶绿素积累和高分子量cpRNA积累的效率是平行的，其中红光较兰光和远红光有效，而复合光（白光）的作用效果最好。当以白光的效率为100%时，我们可以分别求出不同光质对叶绿素积累和高分子量cpRNA积累的相对效率值，表明高分子量cpRNA的积累对光的依赖性要比叶绿素积累对光的依赖性大的多。psbA的Northern Spot分析表明，不同光质下psbA转录本的积累与高分子cpRNA的积累是一致的。据此我们推测，在黍子叶绿体的光诱导发育过程中，psbA的转录过程可能不受光信号的直接调控，而是受叶绿体发育状态控制的恒定变化过程。其表达的调节作用可能主要在转译或转译后水平上。

山茶属茶组植物分子系统学初步研究

山茶科植物的叶绿体基因和nrDNA基因分别为母系和双亲遗传，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。茶组(Sect. Thea (L.) Dyer )属山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)，除茶（C. sinensis (L.) O. Kuntze）为广布种外，其余种主要分布在我国云南、广西、贵州和四川等地。自从W. T. Dyer（1874）建立茶组以来，该组作为一个自然类群，不存在大的争议，但是组下系统分类至今在国内外学术界中争议颇多。 本文选择来自于叶绿体的2个DNA片段，通过序列分析对茶组的28个种进行了系统发育重建。主要结果如下： (1) 叶绿体DNA rpS12-rpL20和trnS-G的序列分析 2个叶绿体DNA片段联合分析，将茶组植物分为两大支，部分种之间的系统发育关系得到了分辨。该叶绿体基因的分析结果支持茶组植物为一个单系类群，但与以往将茶组分为子房五室类群和三室类群的观点不相吻合。 (2) 茶组nrDNA ITS区研究结果 选用14个种茶组植物，对其nrDNA ITS区进行序列分析。茶组植物nrDNA ITS区扩增比较困难，且存在种内多态性，因而在测序之前需要对PCR产物进行克隆。

柽柳科植物系统学及生态学研究

本文主要开展了以下两方面的研究：1．柽柳科系统学研究基于核核糖体DNA ITS序列，并结合形态特征，论证了山柽柳属（Myrtama（Royle）Ovcz＆Kinz）是一个自然的属。山怪柳属是怪柳属向水柏枝属进化过程中的中间过渡阶段，表现出许多“杂合”的性状，但系统学关系与水柏枝属更为接近，柽柳属、由柽柳属、水柏枝属同属于怪柳族Tamariceae；基于18S（nrDNA），rbcL（cpDNA），和tRNA Ser／Gly（cpDNA）间隔区分子序列，并结合形态特征，支持红砂属（holonachna Ehren）．为一个独立属的分类学意见，并认为红砂属是柽柳科共同祖先向琵琶柴属进化过程中的一个分支，与琵琶柴属关系很近，两者同属于红砂族Reaumurieae。画出了柽柳科系统演化关系图，并认为红砂族较为古老，柽柳族较为进化，由红砂族演化出柽柳族， 而柽柳属为联结红砂族和柽柳族的中间联结。首次较全面的研究了怪柳属植物的地理学。柽柳属是典型的旧世界温带分布属，伊朗一吐兰地区的西亚亚区是现存本属植物的现代分布中心和分化中心；根据柽柳属植物的现代地理分布、形态演化趋势、现有的化石及地质历史资料推测，柽柳属起源于古地中海热带成分盛行的早第三纪始新世，具有起源古老的性质，并且随着晚第三纪古地中海的退缩、气候逐渐干旱而得到进一步发展，产生许多新的以温带成分为主适应旱生环境的现代柽柳属种类。分析了怪柳属植物的形态变异，比较了怪柳科18种植物营养枝解剖结构，并对国产柽柳属植物进行了分支分类学和分子生物学研究，在此基础之上对国产柽柳属植物有争议的种进行了分类学修订。认为短毛怪柳为刚毛怪柳的一个变种，恢复其学名Tamarix hispida Var．Karelinii（Bge）Baum，而甘蒙柽柳（Traustromogolica Nakai）、白花柽柳（T.albiflonum M．T．Liu）、多花柽柳（T.hohenackeri Bge）为自然的分类学种。日．柽柳科生态学研究全，调查了新疆境内柽柳属植物的分布及群落特征，并对重点调查的塔里木河中游柽柳群落及刚毛柽柳盐淇群落特性进行详细描述。发现塔里木河中游怪柳随着地下水埋深的逐渐增加而表现出从繁茂到衰退到死亡这样一个生长规律，说明柽柳生存和发展总是与分布区的地下水位相联系，此外，怪柳群落与胡杨林一起构成了荒漠河岸林独特的景观；刚毛柽柳群落种类贫乏，根据种类组成及分布生境将刚毛柽柳群落划分为三大群丛组，而以刚毛柽柳为建群种构成的广裹盐漠属于比较脆弱的生态系统，仅具有相对稳定性。首次开展了柽柳科分子生态学研究。利用RAPD分析技术对新疆境内10个刚毛柽柳居群进行了遗传结构特征分析，认为刚毛柽柳遗传变异丰富，变异主要分布在居群间；维持刚毛柽柳遗传多态现象的机制主要是基因流的隔离；刚毛柽柳的繁育系统属于一种自交和不完全异交混合的交配类型。刚毛柽柳天然居群的遗传多样性丰富，遗传分化较大，反映了刚毛柽柳对环境广泛的适应性。

川西青杨组(Section Tacamahaca Spach)不同种的亲缘关系分析

青杨组（Section Tacamahaca Spach）杨树是我国重要的乡土经济树种，目前对其分子遗传变异和系统进化的研究还很少，尤其是在青杨组杨树遗传资源极为丰富的川西地区，杨树的分子进化及亲缘关系的研究极为缺乏，非常不利于该树种遗传资源的开发和利用。本研究从川西地区收集了青杨（Populus cathayana）、青海杨（P. prezewalskii）、滇杨（P. yunnanensis）、康定杨（P. kangdingensis）、西南杨（P. schneideri）、小叶杨（P.simonii）和三脉青杨（P. trinervis）这7 个青杨组树种的10 个群体，利用多种分子标记手段对其种间的亲缘关系进行比较，并结合形态和地史资料进行了全面的研究和评价，得到了如下的主要研究结果： 1. SSR 和ISSR 位点变异丰富。通过10 对引物对50 个杨树个体的DNA 样品进行了SSR 分析，所有位点展现了丰富的群体间和种间的多态性，多态位点率达到了100%，每位点的等位基因数变化范围为5 ~ 17，平均为11.9 个；通过11 条ISSR 随机引物对供试的混合DNA 样品进行分析，共检测到130 个标记，其中多态性标记为119 个，多态百分率为91.5%。研究认为，SSR 单个标记能展现高水平信息，而ISSR 单个引物能探测更多数量多态性。通过两个标记的遗传距离、聚类图和PCA 分析，表明：同一种内不同群体间的同源性最高；康定杨和西南杨有较近的亲缘关系；小叶杨和三脉青杨聚合在一起，显示了其相互较近的亲缘关系；滇杨与其它杨树种可能存在着较远的亲缘关系。 2. 采用4 对选择性引物对7 个青杨组杨树种10 个群体进行AFLP 分析，总共扩增出284 个位点，其中200 个位点显示出了多态性，多态位点百分比为70.4%，平均多态带为50 条。TE-AFLP 的分析总共扩增出192 个位点，其中139 个位点显示出了多态性，多态位点百分比为72.4%，平均多态带为34.7 条。比较的结果表明AFLP、TE-AFLP 的遗传信息含量比较接近，略小于ISSR，大约仅为SSR 的1/3；但这两个基于AFLP 的标记系统的信息探察能力也远大于ISSR 和SSR 标记系统。这两个分子标记的聚类结果，显示小叶杨、三脉青杨和滇杨三个种聚为一组，其中小叶杨与三脉青杨的亲缘关系更近；其它几个杨树种聚为一类，西南杨与青杨表现出较近的亲缘关系。 3. 所有7 对cpSSR 引物中，仅有4 个叶绿体位点在种间具有多态性，而在种内群体中并不具有多态性，共检测出13 个条带，组合成了4 种不同的单倍型；对于cpDNA的5 对引物，共检测出了73 条酶切片段，其中52 条是多态带，组合成了9 种不同的单倍型；而5 对mtDNA 通用引物未能检测出多态性的条带，表现出线粒体的保守性。叶绿体的聚类分析认为，小叶杨、三脉青杨和滇杨有较近的母性起源，且依次聚合；其余四种杨树聚为一类，并且康定杨与西南杨表现出最近的亲缘关系，并依次与青杨和青海杨聚合。 4. 根据本文的分子数据，结合形态和生境分布资料分析认为：青杨组杨树种内群体间的遗传变异程度是小于种间的遗传差异，显示了与传统分类一致的结果；三脉青杨和小叶杨有很近的亲缘关系，可能拥有相同的祖先类群；滇杨与小叶杨和三脉青杨之间具有一定的亲缘关系，特别是在其母性祖先的起源上有着一定的同源性；西南杨与青杨和康定杨均保持着较近的亲缘关系，且有可能是这两个种原始祖先杂交后所形成的。 Although western Sichuan is regarded as a natural distribution and variation center forthe Section Tacahamaca of the Populus species in China, little is currently known about themajority of poplar species occurring in this region. In the present study, molecular data wereutilized to determine the genetic relationships among Populus species in Section Tacamahacain western Sichuan including P. cathayana, P. prezewalskii, P. yunnanensis, P. kangdingensis,P. schneideri, P. simonii and P.trinervis. The results are as fellows: 1. The genetic variation at SSR and ISSR loci was abundant. All the 10 SSR loci werepolymorphic, and the number of alleles per locus varied from 5 to 17 with a mean valueequaling 11.9. Based on the 11 ISSR primers, 130 clear and reproducible DNA fragmentswere generated, of which 119 (91.5%) were polymorphic. Our results reveal that single SSRlocus can present more genetic information, while more polymorphic bands can be detectedby single ISSR primer. Moreover, the genetic distance, cluster and PCA analysisdemonstrated that: a close relationship among accessions of the same species and suggestedmonophyly in P. przewalskii and P. cathayana; P. schneideri is genetically highly similar to P.kangdingensis; P. trinervis and P. simonii have a close genetic affinity; P. yunnanensis isdistinct from the other species. 2. Genetic relationships of poplar species in Section Tacamahaca from western Sichuanwere evaluated by means of AFLP and TE-AFLP. For four AFLP primer combinations, atotal of 284 bands were obtained of which 200 (70.4%) were polymorphic with the average of50 polymorphic bands. For four TE-AFLP primer combinations, a total of 192 band wereobtained of which 139 (72.4%) were polymorphic with the average of 34.7 polymorphicbands. Our results indicate that the genetic information of AFLP is similar to that ofTE-AFLP, and little less than that of ISSR, but only about 1/3 of that of SSR. However, theability of information detection of the two AFLP-based markers is much higher than that ofISSR and SSR. In addition, the cluster analysis of AFLP, TE-AFLP and combined data revealthat: P. yunnanensis, P. trinervis and P. simonii clustered together, and P. trinervis and P.simonii showed more closed affinity; the other four poplar species clustered together, P.cathayana and P. schneideri showed more closed origin especially. 3. The cpSSR analysis for seven Populus species belonging to the Section Tacamahaca.Four out of the seven analyzed chloroplast loci were polymorphic, whereas none of the lociwere polymorphic across the accessions within a species. 13 bands and 4 different kinds ofhaplotypes were reduced. Based on 5 pairs of cpDNA primers, 73 fragments (52 polymorphic)and 9 kinds of haplotypes were produced. However, none of the polymorphic was detected bythe 5 mtDNA primer pairs, revealing conservation of mtDNA region. The cluster analysis ofcpDNA revealed that: similar maternal phylogeny among P. yunnanensis, P. trinervis and P.simonii; the other four species clustered together, P. schneideri and P. kangdingensis showedmore closed maternal lineage especially. 4. Our molecular data, morphological characters and nature habitat revealed that: sameto the traditional taxonomy assignment, genetic variation within a same Populus species islower than that among Populus species in Section Tacamahaca; P. yunnanensis may share itschloroplast ancestor with P. trinervis and P. simonii; moreover, sister genetic relationship of P.trinervis and P. simonii indicated their similar origin; P. schneideri clustered with P.kangdingensis and P. cathayana, respectively, and may have derived from an ancienthybridization event involving the ancestors of the two species.