豚草属分子系统学研究

论文摘要

植物近缘物种系统发育和物种形成过程一直以来都是植物进化生物学研究中最为基本的问题之一,是人们理解自然界物种多样性产生和变化的前提。近缘物种间通常形态相似,遗传和分子水平的分化小,且常受到如杂交渐渗、谱系分选、水平基因转移、基因复制后又丢失拷贝等微观进化事件的影响,导致近缘物种间系统发育重建十分困难,例如变异显著的豚草属（Ambrosia L.）。豚草属是一个包含42个种的中型大小的属,在新大陆尤其是北美占有显著优势。该属植物广泛分布于美国西南部沙漠地区以及邻近的墨西哥,近200年来,迅速在世界范围蔓延,目前已在世界各地广泛分布。豚草属内较为原始的种是适应沙漠及干旱地区的灌木,更多分化后形成的种为草本,通常是农耕杂草或是滨海植物。本研究选取4个DNA片段,包括三个叶绿体基因片段（psbM-petD、psb和trnL-trnF）以及一个核基因片段（g3pdh）,初步探讨了豚草属的系统发育关系。同时在系统发育研究的基础上,进一步探讨了数据中空位性状的系统学价值、系统发育研究中数据合并的意义。主要结果如下:1、豚草属的系统发育关系结果显示豚草属内部可分为两个主要分支,第一分支包括A.trifida、A.bidentata、A.pumila以及A.chamissonis,第二分支包括A.psilostachya、A.cogferlillora、A.artemisiifolia及A.tomentosa。入侵我国的世界公认恶性杂草普通豚草（A.artemisiifolia）及三裂叶豚草（A.trifida）并没有很近的亲缘关系。普通豚草（A.artemisiifolia）与另一种世界公认恶性杂草——多年生豚草（A.psilostachya）之间存在基因渗入现象。而三裂叶豚草（A.trifida）则与常见的农业和环境危害性杂草——二裂叶豚草（A.bidentata）具有较近的亲缘关系。2、数据中空位性状的系统学价值:核基因以及全部基因合并后以MP法分析,将空位作为缺失处理时得到相同的MP树均为25棵,当把空位作为有/无性状同序列数据一并分析时,MP树分别从25棵降到4棵以及5棵,平均自展支持率有所上升。结果显示,利用空位信息所得严格一致树的拓扑结构与将空位作为缺失处理时相似。空位性状的利用减少了最大简约系统发育树的数目并提高了大多数分支的支持率。因此,我们认为空位的合理利用将在已有序列信息基础上提供更多的系统发育信息。3、系统发育研究中数据合并的意义叶绿体3组数据合并后,不但分辨率较各个单基因树要明显提高,而且各分支的支持率也明显增高。通过分析叶绿体基因合并树与核基因树之间的冲突,可以发现冲突来自普通豚草A.artemisiifolia及多年生豚草A.psilostachya之间的基因渗入现象。如果将全部数据进行合并将会掩盖由渗入造成的不一致,数据中的噪音在合并的数据矩阵中被真实的系统发育信息所掩盖;但是,如果将4组数据强行合并,得到的系统发育树分别与叶绿体基因合并树、核基因树相比较,发现具有冲突的分支支持率下降。因此,数据合并应考虑来自不同基因组的基因进化历史上的差异,在此基础上的合并树,不仅提高了分辨率,而且排除了个别特殊基因（DNA）片段的干扰,从而更能反映真正的系统发育关系。

论文目录

• 目录
• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 豚草属研究进展
• 1.1.1 我国对入侵豚草属植物的研究进展
• 1.1.2 豚草属分类研究进展
• 1.2 植物系统发育研究概述
• 第二章 研究目的及方法
• 2.1 研究目的
• 2.2 实验材料
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 叶绿体基因
• 2.3.2 核基因
• 2.4 数据分析方法
• 2.4.1 序列对位排列
• 2.4.2 信息量及碱基组成分析
• 2.4.3 系统发育分析
• 第三章 利用叶绿体基因重建豚草属系统发育关系
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 植物材料
• 3.1.2 DNA提取
• 3.1.3 两种方法纯化总NDA
• 3.1.4 PCR扩增、纯化
• 3.1.5 扩增产物纯化
• 3.1.6 测序
• 3.2 核苷酸序列变异的统计和分析
• 3.3 结果
• 3.3.1 不同方法纯化总DNA效果
• 3.3.2 序列特点
• 3.3.3 遗传距离分析
• 3.3.4 叶绿体基因系统发育分析
• 第四章 利用核基因重建豚草属系统发育关系
• 4.1 材料与方法
• 4.2 核苷酸序列变异的统计和分析
• 4.3 结果
• 4.3.1 序列特点
• 4.3.2 遗传距离分析
• 4.3.3 系统发育分析
• 第五章 讨论
• 5.1 豚草属系统发育关系
• 5.2 空位性状的利用及其系统学价值
• 5.3 数据合并的意义及基因树之间存在矛盾的原因
• 5.3.1 系统发育研究中数据的合并及其意义
• 5.3.2 基因树之间的矛盾及其原因
• 5.4 未知物种的鉴定
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的论文