仲彬草属及其近缘属植物的Acc-1和Pgk-1基因的系统分析

摘要

仲彬革属（Kengyilia Yen et J.L.Yang）、冰草属（Agropyron Gaertn.）、鹅观草属（Roegneria C.Koch）、拟鹅观草属（Pseudoroegneria（Nevski）A.Love）和杜威草属（Douglasdeweya C.Yen，J.L.Yang et B.R. Baum）是禾本科（Poaceae）小麦族（Triticeae）五个重要的多年生属。这五属植物的多数物种为草原和草甸的组成成分，许多种类是优良的牧草；有些种类还具有抗病、抗虫和抗逆等优良特性，是麦类作物育种非常宝贵的种质资源。然而在这五个属的分类地位、系统亲缘关系和物种划分上存在着极大的分歧，一直是禾草学家争论的焦点。本研究通过对伸彬草属5个物种（StYP）、杜威草属2个物种（StP）、鹅观草属4个四倍体物种（StY）、冰草属2个二倍体物种（P）和拟鹅观草属4个二倍体物种（st）的两个基因（Acc-1和Pgk-1）的序列分析，构建系统发育树，探讨了这几个属之间的亲缘关系及组成这几个属的染色体组的关系，主要结果如下： 1.仲彬草属、鹅观草属、杜威草属的两种基因的不同基因序列分别和拟鹅观草属和冰草属序列聚在一起形成St支和P支，表明仲彬草属、鹅观草属、杜威草属和拟鹅观草属及冰草属亲缘关系密切，支持仲彬草属、鹅观草属和杜威草属的St染色体组来源于拟鹅观草属植物，而P染色体组起源于冰草属植物； 2.在Acc-1基因系统树和Pgk-1基因系统树的St支和P支中，仲彬草属植物直接和鹅观草属植物聚在一起，表明鹅观草属与仲彬草属具有密切的亲缘关系；而杜威草属植物没有直接与鹅观草属植物和仲彬草属植物聚在一起，可以推测杜威草属物种可能没有参与仲彬草属植物的物种形成； 3.在Acc-1基因系统树和Pgk-1基因系统树中，四个拟鹅观草属植物（Pse。libanotica、Pse. strigosa、Pse. strpifolia和Pse. tauri）没有形成单系组，表明拟鹅观草属植物的St染色体组存在系统分化，它们在起源上为多系起源。不同的拟鹅观草属植物可能参与了不同鹅观草属、仲彬草属和杜威草属植物的多倍化物种形成； 4.在基于Acc-1基因序列所得到的聚类图中，St染色体组先与Y染色体组聚在一起，再与P染色体组聚在一起，表明St染色体组与Y染色体组的亲缘关系比St染色体组与P染色体组的关系更近； 5.在Acc-1基因系统树和Pgk-1基因系统树中，来自中亚的K.batalinii、K.alatavica和K.gobicola具有较近的系统关系，它们没有和来自青藏高原的K.melanthera和K. rigidula聚在一起，表明来自中亚的仲彬草属物种可能已经和来自青藏高原的物种发生了较大的遗传分化； 6.在基于两种基因构建的系统树的P分支中，中亚地区和青藏高原地区的仲彬草属物种分别和中亚地区和青藏高原的冰草属物种聚在一起，而St染色体组和Y染色体组没有发现这种分化，表明仲彬草属的地理分化与冰草属的地理分化有关，冰草属不同物种参与了仲彬草属不同物种的形成。 7.本研究通过Acc-1和Pgk-1基因序列构建系统发育树，探讨了仲彬草属、冰草属、鹅观草属、拟鹅观草属和杜威草属的系统关系，结果与细胞遗传学，形态学一致，表明Acc-1和Pgk-1基因可以用于进行系统分析。同时，基于Acc-1和Pgk-1基因构建的系统发育树，将St、Y、P三个染色体组明显区分开，表明用该种方法可以对含st、Y、P染色体组的物种的染色体组组成进行验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 前言

2 文献综述

2.1 仲彬草属及其近缘属的研究概况

2.1.1 仲彬草属的研究概况

2.1.2 冰草属的研究概况

2.1.3 拟鹅观草属的研究概况

2.1.4.鹅观草属的研究概况

2.1.5 杜威草属的研究概况

2.2 仲彬草属、冰草属、鹅观草属、拟鹅观草属和杜威草属系统学研究存在的科学问题

2.3 本研究方法

2.3.1 乙酰辅酶A羧化酶及其编码基因Acc—1

2.3.2 3—磷酸甘油酸激酶及其编码基因Pgk—1

2.4 本研究目的与意义

3 材料与方法

3.1 供试材料

3.2 方法

3.2.1 基因组总DNA的提取

3.2.2 PCR 扩增

3.2.3 PCR扩增产物的回收及纯化

3.2.4 目的片段的克隆

3.2.5 序列测定

3.3 数据分析

3.3.1 序列分析

3.3.2 系统分析

4 结果

4.1 序列特点分析

4.1.1 Acc—1 基因序列特点分析

4.1.2 Pgk—1 基因序列特点分析

4.2 系统发育分析

4.2.1 基于 Acc—1 序列的系统发育分析

4.2.2 基于 Pgk—1 序列的系统发育分析

5 讨论

5.1 仲彬草属、鹅观草属、杜威草属与拟鹅观草属和冰草属的系统关系

5.2 仲彬草属、鹅观草属和杜威草属的系统关系

5.3 仲彬草属、鹅观草属、杜威草属和拟鹅观草属中St染色体组的系统分化

5.4 St、P和Y染色体组的关系

5.5 仲彬草属植物的系统关系

5.6 仲彬草属和杜威草属中P染色体组的系统分化

5.7 Acc—1 和Pgk—1 基因序列对于探讨系统关系的意义

小结

参考文献

致谢

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