蓝藻念珠藻属系统发育和分子进化研究

论文摘要

念珠藻属（Nostoc）是一类具有异形胞、不分枝的丝状蓝藻,广泛分布于全球的陆生和水生生态系统中。基于16S rRNA基因的研究发现念珠藻属系统发育关系的构建会受到进化树分析方法的影响。最大似然法分析得到的进化树显著优于其它拓扑结构,该方法构建的系统进化树显示念珠藻属并不是单系起源的类群。本文根据念珠藻属的系统发育关系,讨论了该属的定义以及形态学分类特征的问题。本文从念珠藻属16S rRNA二级结构出发,研究了16S rRNA基因在水分胁迫下的进化机制。结果表明具有耐干燥能力的念珠藻与其他念珠藻科的浮游种类相比,16S rRNA的二级结构具有更低的自由能。导致念珠藻16S rRNA二级结构的自由能降低、稳定性提高的突变（简称致稳突变）可以分为两大类,其一为GC配对取代其他类型的碱基配对,其二为茎的延长。将致稳突变作图到念珠藻的系统发育树上发现,大多数致稳突变是独立进化的,发生于念珠藻属的适应性辐射过程中。尽管16S rRNA基因是蓝藻系统发育研究中应用最广泛的分子标记,但是对于近缘物种系统发育的研究往往有局限性。本文以念珠藻属为例,研究了rpoC1,rbcLX,hetR,16S-23S rRNA ITS的分子进化行为。结果表明,这些分子标记的进化树与基于16S rRNA构建的物种系统发育树并不一致,造成不一致的因素包括随机突变,水平转移和正选择。念珠藻能够合成多种结构新颖或具有生物活性的非核糖体肽,也是非核糖体肽合成酶基因最为丰富的蓝藻。功能预测和分子进化研究发现,蓝藻非核糖体肽合成酶的腺苷化结构域（A结构域）在进化树上形成明显的功能聚类,这与其它原核生物进化方式有所不同。另外,在蓝藻A结构域的进化过程中,还可能发生了重复、水平转移、功能亚分化等事件。对五种念珠藻的培养和采集物的研究发现,它们的甲醇提取物中都含有环肽成分。N. flagelliforme NS061（发菜）的甲醇提取物对五种肿瘤细胞具有细胞毒活性;N. sphaeroides NS111（葛仙米）、N. sp. NS191、N. sp. NS101、N. flagelliforme NS061的甲醇提取物对Ser/Thr蛋白质磷酸酶1具有抑制作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩略词
• 第一章 文献综述
• 1.1 蓝藻的化石记录
• 1.2 蓝藻的分类学研究及种类鉴定
• 1.3 蓝藻的系统进化研究
• 1.4 蓝藻分子进化研究
• 1.5 本研究的背景和目的
• 第二章 念珠藻属的系统发育
• 2.1 前言
• 2.2 材料和方法
• 2.3 结果
• 2.4 讨论
• 2.5 小结
• 第三章 念珠藻16S rRNA 二级结构的进化
• 3.1 前言
• 3.2 材料和方法
• 3.3 结果
• 3.4 讨论
• 3.5 小结
• 第四章 蓝藻属内系统进化研究的分子标记的评价
• 4.1 前言
• 4.2 材料和方法
• 4.3 结果
• 4.4 讨论
• 4.5 小结
• 第五章 念珠藻属非核糖体肽的初步研究
• 5.1 前言
• 5.2 材料和方法
• 5.3 结果
• 5.4 讨论
• 5.5 小结
• 参考文献
• 在学期间发表和撰写的论文
• 致谢