植物分子系统学ppt课件.ppt

《植物分子系统学ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物分子系统学ppt课件.ppt（55页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能DNADNA资料与植物系统学资料与植物系统学 植物分子系统学植物分子系统学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、植物分子系统学的概念一、植物分子系统学的概念二、植物系统学常用的二、植物系统学常用的DNA资料资料三、植物系统学常用的三、植物系统学常用的DNA分析技术分析技术四、植物分子系统学应注意的问题四、植物分子系统学应注意的问题 目目 录录为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教

2、育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一、植物分子系统学的概念一、植物分子系统学的概念1生物系统分类技术的进展历程生物系统分类技术的进展历程1.1 大形态时期大形态时期(公元前公元前400年至公元年至公元1700年年)根据易于识别的宏观形态特征来鉴别生物，使生物有一定的名称。这一时期又称根据易于识别的宏观形态特征来鉴别生物，使生物有一定的名称。这一时期又称术语描述期。术语描述期。1.2 小形态时期小形态时期(公元公元17001860年年)主要是新的形态学，如解剖学、胚胎学的建立和发展时期。主要是新的形态学，如解剖学、胚胎学的建立和发展时期。1.3 进化论时期进化论时期(公元公元1860190

3、0年年)进化论推动了系统学研究的发展，在系统发育的基础上创立了很多分类系统。进化论推动了系统学研究的发展，在系统发育的基础上创立了很多分类系统。1.4 细胞遗传学时期细胞遗传学时期(公元公元19001960年年)利用细胞遗传学的丰富资料和改写系统分类，进入细胞水平的研究。本时期又称利用细胞遗传学的丰富资料和改写系统分类，进入细胞水平的研究。本时期又称实验生物学时期。细胞生物学和植物系统学结合产生的植物细胞分类学，使我们能在实验生物学时期。细胞生物学和植物系统学结合产生的植物细胞分类学，使我们能在染色体水平上更好地理解植物的分类与进化，特别是物种分化问题。染色体水平上更好地理解植物的分类与进化，

4、特别是物种分化问题。1.5 分子生物学时期分子生物学时期(1970年至今年至今)分子生物学的迅速发展，给生物系统分类以巨大的推动。利用分子生物学的迅速发展，给生物系统分类以巨大的推动。利用DNA信息来探讨植信息来探讨植物系统学，形成了植物学研究的一个新的热点物系统学，形成了植物学研究的一个新的热点植物分子系统学。植物分子系统学。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2植物分子系统学的概念植物分子系统学的概念 植物分子系统学是植物分子系统学是分子生物学分子生物学和和植物系统植物系统学学交叉形成的一门学科，它利用分子生物学的交

5、叉形成的一门学科，它利用分子生物学的各种实验手段，获取各类分子性状，以探讨植各种实验手段，获取各类分子性状，以探讨植物的物的分类分类，类群之间的，类群之间的系统发育关系系统发育关系，以及，以及进进化化的过程和机制。的过程和机制。一、植物分子系统学的概念一、植物分子系统学的概念为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学3线粒体线粒体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学 二、植物系统学常用的二、植物系统学常用的DNA资料资料为深入学习

6、习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1.1 rRNA基因基因(rDNA)1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学rDNA的基本结构的基本结构高度重复序列高度重复序列 多基因家族多基因家族每个重复单位长约每个重复单位长约7-13kb，大多为，大多为9-10kb 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学rDNA的变异的变异 拷贝数的变化拷贝数的变化 植物中植物中rDNA重复单位的拷贝数在种间、种内甚至同一居群内的不同个

7、体重复单位的拷贝数在种间、种内甚至同一居群内的不同个体之间变化很大，其差异可达数十倍。之间变化很大，其差异可达数十倍。蚕豆，不同居群间，其拷贝数的变化范围在蚕豆，不同居群间，其拷贝数的变化范围在500-44000。长度变异长度变异 rDNA重复单位的编码区几乎无长度变异。重复单位的编码区几乎无长度变异。长度变异主要存在于长度变异主要存在于ITS1、ITS2和和IGS上。上。导致差异的原因是导致差异的原因是IGS的序列中部存在着亚重复序列，其长度为的序列中部存在着亚重复序列，其长度为100-200bp，这种亚重复序列在物种间还存在拷贝数的差异。，这种亚重复序列在物种间还存在拷贝数的差异。序列差异

8、序列差异 rDNA的序列在不同生物类群间存在不同的保守性，在高等植物中，不同的序列在不同生物类群间存在不同的保守性，在高等植物中，不同纲、目之间的同源率可达纲、目之间的同源率可达90%以上。在低等植物中，序列同源性仅在以上。在低等植物中，序列同源性仅在80%左右，在编码区内的不同区域的同源性也有区别。左右，在编码区内的不同区域的同源性也有区别。序列的差异主要表现在序列的差异主要表现在ITS1、ITS2和和IGS上，其中上，其中IGS差异更大。如豌差异更大。如豌豆和蚕豆的豆和蚕豆的ITS1序列存在序列存在16-50%的差异。的差异。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻

9、全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 在高等植物中，在高等植物中，rDNA的编码区序列高的编码区序列高度保守度保守(不同纲、目间的同源率可达不同纲、目间的同源率可达90%以上以上)，序列差异主要表现在，序列差异主要表现在ITS、ETS及及IGS等非编码区上。等非编码区上。rDNA的编码区的编码区(18S、5.8S及及26S)序序列一般用于高级阶元的系统发育研究，而列一般用于高级阶元的系统发育研究，而非编码区非编码区(ITS、ETS及及IGS)序列常用于较序列常用于较低分类阶元的系统学研究。低分类阶元的系统学研究。1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学为深入学习习近平新时代中国特

10、色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能rDNA资料的植物系统学应用资料的植物系统学应用A18S 基因基因 序列长约序列长约1850bp。18S基因序列分析对揭示植物高等级分类群间的基因序列分析对揭示植物高等级分类群间的系统发育关系具有重要意义，进化速率慢，系统发育关系具有重要意义，进化速率慢，适用于科级以上水平的研究适用于科级以上水平的研究，1998年以前已经成功的运用到藻类、藓类、蕨类、裸子植物、低等金缕年以前已经成功的运用到藻类、藓类、蕨类、裸子植物、低等金缕梅类和毛茛类、单子叶植物等的系统学研究。梅类和毛茛类、单子叶植物等的系统学研究。Nick

11、rent和和Soltis(1995)的研究表明，的研究表明，18S基因对于被子植物内高基因对于被子植物内高级分类水平上级分类水平上(科及科以上科及科以上)的系统发育研究可提供较多的信息，的系统发育研究可提供较多的信息，其序列变其序列变异程度尤其适于探讨被子植物乃至种子植物内部的深度系统发育分支间的异程度尤其适于探讨被子植物乃至种子植物内部的深度系统发育分支间的关系关系。Chaw等等(1997)运用运用18S基因探讨了裸子植物的分子系统发育及种子基因探讨了裸子植物的分子系统发育及种子植物的进化问题，结论支持裸子植物为单系群。植物的进化问题，结论支持裸子植物为单系群。Soltis等等(1997)选

12、用了选用了233个种代表被子植物的所有纲，用个种代表被子植物的所有纲，用18S基因研究支持了木兰纲是现有被基因研究支持了木兰纲是现有被子植物中最原始的类群。子植物中最原始的类群。由于在不同类群间序列的变异程度有所差异，由于在不同类群间序列的变异程度有所差异，18S基因有时也可用于基因有时也可用于亚科或属间关系的重建亚科或属间关系的重建，如檀香目及其它寄生植物，其，如檀香目及其它寄生植物，其18S基因的进化速基因的进化速率明显快于在其它被子植物中的速度。率明显快于在其它被子植物中的速度。1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全

13、国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能BITS序列序列 ITS1的长度为的长度为187-298bp，ITS2的长度为的长度为187-252bp，ITS可能是可能是分子系统学研究中应用最为广泛的基因之一。分子系统学研究中应用最为广泛的基因之一。ITS序列在裸子植物中变异很大，尤其是长度变异非常显著，因此一般序列在裸子植物中变异很大，尤其是长度变异非常显著，因此一般认为认为ITS不适用于裸子植物的系统发育研究不适用于裸子植物的系统发育研究。但在被子植物中，。但在被子植物中，ITS区由于区由于序列短序列短(600-700bp)、两端连接高度保守区两端连接高度保守区、拷贝数多拷贝数多、长度保守长

14、度保守、一致一致进化进化、进化速率较快进化速率较快等特点，等特点，适用于科内，尤其是近缘属间及种间甚至居群适用于科内，尤其是近缘属间及种间甚至居群间关系的研究间关系的研究。屈良鹄和陈月琴屈良鹄和陈月琴(1999)通过对不同生物类群的通过对不同生物类群的ITS序列序列(自生物学数据自生物学数据库库)的比较得出，被子植物大多数科属其的比较得出，被子植物大多数科属其ITS序列的种间差异值为序列的种间差异值为1.2-10.2%，属间差异值为，属间差异值为9.6-28.8%，这对系统发育研究来说都是较合适的，这对系统发育研究来说都是较合适的范围。另外，范围。另外，ITS在一些起源古老在一些起源古老(如如

15、Viburnum、Nothofagus及及Winteraceae的一些属的一些属)或世代较长的植物类群或世代较长的植物类群(如木本竹子如木本竹子)中的变异较低，中的变异较低，也为研究那些间隔区进化速度很慢的古老类群间的关系和长世代类群内较高也为研究那些间隔区进化速度很慢的古老类群间的关系和长世代类群内较高阶元的系统重建提供了可能性。阶元的系统重建提供了可能性。1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 通常，通常，ITS在研究属内种间和较近的族间、属间关系在研究属内种间和较近的族间、

16、属间关系时都表现出较高的趋异率和信息位点百分率，为类群内部时都表现出较高的趋异率和信息位点百分率，为类群内部的系统重建提供了较好的支持。另外，的系统重建提供了较好的支持。另外，ITS序列对于揭示序列对于揭示异域或间断分布居群间的关系也具有潜力。异域或间断分布居群间的关系也具有潜力。ITS不仅可以解决科、亚科、族、属、组内的系统发不仅可以解决科、亚科、族、属、组内的系统发育和分类问题，而且可以用于重建多倍体复合体的网状进育和分类问题，而且可以用于重建多倍体复合体的网状进化关系，探讨异源多倍体的起源过程。化关系，探讨异源多倍体的起源过程。ITS应用于植物系统学研究的缺点是序列短，能够提应用于植物系

17、统学研究的缺点是序列短，能够提供的性状数量有限，因此最好将其与其它来源的资料结合供的性状数量有限，因此最好将其与其它来源的资料结合起来构建较好支持的系统树。起来构建较好支持的系统树。1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学CETS及及IGS序列序列 rDNA重复单位中的外转录间隔区重复单位中的外转录间隔区ETS位于位于18S基因的上游，其长基因的上游，其长度在不同类群间的变异较大，一般在度在不同类群间的变异较大，一般在0.8-1.1kb之

18、间，虽然之间，虽然ETS的进的进化速率与化速率与ITS相似，甚至更快，但由于上游与高变的相似，甚至更快，但由于上游与高变的IGS相连，难以相连，难以找到合适的通用引物扩增整个区域，故用于系统学研究的例子较少，找到合适的通用引物扩增整个区域，故用于系统学研究的例子较少，一些作者认为这一片段对于那些仅靠一些作者认为这一片段对于那些仅靠ITS片段尚不能提供足够变异的片段尚不能提供足够变异的年轻分支内的研究可给予一定的帮助。年轻分支内的研究可给予一定的帮助。位于位于rDNA重复序列间的非编码区重复序列间的非编码区NTS或称基因间区或称基因间区IGS，是，是rDNA中进化最快的片段之一，推测在近缘类群间

19、的系统学研究、杂中进化最快的片段之一，推测在近缘类群间的系统学研究、杂交研究及居群遗传学研究上具有一定的应用潜力。交研究及居群遗传学研究上具有一定的应用潜力。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能1核核DNA资料与植物系统学资料与植物系统学 随着探索其它核基因组序列在植物系统发育重建研究中应用的随着探索其它核基因组序列在植物系统发育重建研究中应用的深入，如深入，如waxy内含子、多聚半乳糖醛酸酶、谷氨酰胺合成酶的内含内含子、多聚半乳糖醛酸酶、谷氨酰胺合成酶的内含子及外显子、子及外显子、rpb2、乙醇脱氢酶、光敏色素、组蛋白

20、、乙醇脱氢酶、光敏色素、组蛋白H3内含子和小内含子和小热激蛋白编码基因等等，为针对特定的系统发育问题的研究提供了热激蛋白编码基因等等，为针对特定的系统发育问题的研究提供了更多的可供选择的更多的可供选择的DNA序列序列(但多为多基因家族但多为多基因家族)。查尔酮合成酶查尔酮合成酶(chalcone synthase，CHS)是植物类黄酮物质是植物类黄酮物质合成途径的关键酶，合成途径的关键酶，CHS基因是一个较大的基因家族，其编码区比基因是一个较大的基因家族，其编码区比较保守，长约较保守，长约1.2kb，科之间的同源性一般在科之间的同源性一般在80%以上以上。王金玲等王金玲等(2000)认为认为C

21、HS基因可以用于科以下分类等级的系统基因可以用于科以下分类等级的系统关系研究关系研究。1.2 其它核基因组序列其它核基因组序列为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学2.1 叶绿体基因组的结构叶绿体基因组的结构cpDNA为为闭环双链闭环双链DNA长度一般为长度一般为 120-220kb 多在多在 120-160kb之间之间 单子叶植物单子叶植物 111-182kb 双子叶植物双子叶植物 117-165kb长度变异主要由两个长度变异主要由两个反向反向重复序列重复序列(IR)引

22、起。引起。IR长约长约22-25kb，其上主，其上主要为一些要为一些rRNA基因，重复基因，重复区内基因完全相同，但序区内基因完全相同，但序列相反。列相反。两个反向重复序列将整个两个反向重复序列将整个cpDNA分为一个分为一个大单拷贝大单拷贝区区(LSC，长约，长约81-87kb)和一个和一个小单拷贝区小单拷贝区(SSC，长约长约18-20kb)。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学2.2 叶绿体基因组的变异叶绿体基因组的变异 任何两种植物之间至少有任何两种植物之间至少

23、有30%的同源性，亲缘关系越近同源性越高。的同源性，亲缘关系越近同源性越高。cpDNA主要变异表现在以下方面：主要变异表现在以下方面：倒位与重排：倒位与重排：植物植物cpDNA中存在着广泛的重排现象。天竺葵、桔梗科和一些中存在着广泛的重排现象。天竺葵、桔梗科和一些豆科植物的豆科植物的cpDNA的重排现象频繁。豆科植物中广泛存在着一个的重排现象频繁。豆科植物中广泛存在着一个50kb的倒位的倒位现象，地钱及苔藓植物与烟草的现象，地钱及苔藓植物与烟草的cpDNA的差异也表现在的差异也表现在30kb的倒位。而且，的倒位。而且，倒位的发生使重排率更为加大。倒位的发生使重排率更为加大。插入或缺失：插入或缺

24、失：主要是主要是IR缺失、基因或内含子缺失、非编码区的插入或缺失。缺失、基因或内含子缺失、非编码区的插入或缺失。在豆科及裸子植物中的松柏类等一些植物中缺失反向重复序列在豆科及裸子植物中的松柏类等一些植物中缺失反向重复序列IR。烟草和地钱。烟草和地钱中的三个内含子在水稻中缺失。在非编码区的插入或缺失经常发生，而在编码中的三个内含子在水稻中缺失。在非编码区的插入或缺失经常发生，而在编码区插入或缺失常是区插入或缺失常是3bp或或3的倍数，而并不打破其原来的阅读框架。的倍数，而并不打破其原来的阅读框架。序列变异：序列变异：cpDNA相当保守，进化速率平均每年每个位点约相当保守，进化速率平均每年每个位点

25、约0.2-1.010-9，仅为核基因组的仅为核基因组的1/5。而在编码蛋白质的基因中，碱基置换率与核基因极为相。而在编码蛋白质的基因中，碱基置换率与核基因极为相似，显示出同样的自然选择压的结果。一般来说，非编码区的突变率要明显高似，显示出同样的自然选择压的结果。一般来说，非编码区的突变率要明显高于编码区。在于编码区。在cpDNA中，不同区域的突变率也有差异，中，不同区域的突变率也有差异，LSC的突变率高于的突变率高于SSC。另外还存在一些突变的热点区。另外还存在一些突变的热点区。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿

26、体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学 植物植物cpDNA因具有下列特性，已成为分子系统学研究的焦点：因具有下列特性，已成为分子系统学研究的焦点：基因组较小，但包含大量的基因组较小，但包含大量的DNA成分；成分；拷贝数目多，有利于提取与分离；拷贝数目多，有利于提取与分离；在分子水平上的差异明显，为比较进化研究提供了基本的信息支持；在分子水平上的差异明显，为比较进化研究提供了基本的信息支持；序列资料全面，许多序列资料全面，许多cpDNA基因在许多植物中已被测定；基因在许多植物中已被测定；相对保守保证了分类群之间的可比性，一个相对保守保证了分类群之间的可比性，一个cpDNA探针可用于所有探

27、针可用于所有分类群的比较研究；分类群的比较研究；编码区和非编码区序列进化速率相差较大，适于不同分类阶元的系统编码区和非编码区序列进化速率相差较大，适于不同分类阶元的系统发育研究。发育研究。cpDNA有其独立的进化路线，可以不依赖其它任何数据即可构建系有其独立的进化路线，可以不依赖其它任何数据即可构建系统树。统树。但由于但由于cpDNA是单亲遗传，因此并不能解释所有的系统发育问题，是单亲遗传，因此并不能解释所有的系统发育问题，如研究类群间的杂交或渐渗现象。如研究类群间的杂交或渐渗现象。2.3 cpDNA在植物系统学的应用在植物系统学的应用为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神

28、,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学2.3.1 编码基因编码基因 除除rbcL基因外，越来越多的基因外，越来越多的cpDNA编码基因编码基因(如如matK、ndhF、atpB等等)被广泛应用于不同科、目乃至整个被子植物的系统发育研究中。被广泛应用于不同科、目乃至整个被子植物的系统发育研究中。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学ArbcL基因基因 编码编码1，5-二磷酸核酮糖羧化酶二磷酸核酮糖羧化酶/氧化

29、酶大亚基，氧化酶大亚基，位于位于cpDNA的大单拷贝的大单拷贝区，长约区，长约1400bp。随着对随着对rbcL基因研究的深入，如结构、功能、进化速率及其在植物不同基因研究的深入，如结构、功能、进化速率及其在植物不同分类阶元中的系统学意义等等，分类阶元中的系统学意义等等，rbcL成为植物分子系统学研究中应用最普遍成为植物分子系统学研究中应用最普遍的基因之一的基因之一。虽然虽然rbcL基因在不同植物类群中的进化速率有着较大的差异，但总的来基因在不同植物类群中的进化速率有着较大的差异，但总的来说相对保守说相对保守(如烟草和水稻的如烟草和水稻的rbcL基因的核苷酸相似性为基因的核苷酸相似性为93%)

30、，为植物较高，为植物较高分类阶元的系统发育历史的重建研究提供了一重要的性状来源，并得到了很分类阶元的系统发育历史的重建研究提供了一重要的性状来源，并得到了很好的启发性的研究结果。迄今为止，好的启发性的研究结果。迄今为止，rbcL基因序列已用于许多分类群的系统基因序列已用于许多分类群的系统发育研究，从科内发育研究，从科内(多为远缘属间多为远缘属间)到有花植物主要谱系间，甚至于整个蕨类、到有花植物主要谱系间，甚至于整个蕨类、种子植物谱系间的关系种子植物谱系间的关系。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料

31、与植物系统学资料与植物系统学 与进化速率快的基因相比，与进化速率快的基因相比，rbcL基因与其它进化较慢的基因与其它进化较慢的cpDNA序列常序列常被广泛应用于较远类群的系统学研究中，但用被广泛应用于较远类群的系统学研究中，但用DNA序列研究远缘相关类群序列研究远缘相关类群常会遇到以下两个问题：常会遇到以下两个问题：(1)所选编码序列的各核苷酸位点的替代速率不一所选编码序列的各核苷酸位点的替代速率不一致。如致。如rbcL基因的同义替代率比非同义替代率大约高基因的同义替代率比非同义替代率大约高15倍，但这一缺陷可倍，但这一缺陷可以将以将DNA序列翻译成蛋白，进而比较其氨基酸序列的方法予以弥补。序

32、列翻译成蛋白，进而比较其氨基酸序列的方法予以弥补。(2)在主要植物分支间关系的研究中，许多关键问题常会涉及到早期植物在一在主要植物分支间关系的研究中，许多关键问题常会涉及到早期植物在一较短的时间里发生了怎样的分化，而进化慢的基因相对于进化快的基因在较短的时间里发生了怎样的分化，而进化慢的基因相对于进化快的基因在这一分化时期未能发生足够的碱基替代，故对所发生的分支进化不能提供这一分化时期未能发生足够的碱基替代，故对所发生的分支进化不能提供足够的重建信息，但将分子与形态数据结合起来分析，会对系统重建研究足够的重建信息，但将分子与形态数据结合起来分析，会对系统重建研究有所帮助。有所帮助。Morhar

33、等（等（1994）研究了蔷薇科植物）研究了蔷薇科植物rbcL序列变异在系统学和进化序列变异在系统学和进化上的意义，证实蔷薇科内建立苹果亚科的合理性。汪小全等（上的意义，证实蔷薇科内建立苹果亚科的合理性。汪小全等（1997）运用）运用PCR方法分别从松科方法分别从松科8属、属、9种植物中扩增出长约种植物中扩增出长约2550bp的的cpDNA片段片段（包括（包括rbcL、trnR及基因间的非编码区），选用及基因间的非编码区），选用18种限制性内切酶进行酶种限制性内切酶进行酶切分析，揭示了松科植物系统发育的分子生物学证据。俸宇星等（切分析，揭示了松科植物系统发育的分子生物学证据。俸宇星等（1998）

34、利用利用rbcL基因序列分析对连香树科和交让木科的系统位置重新进行了评价。基因序列分析对连香树科和交让木科的系统位置重新进行了评价。陈之瑞等（陈之瑞等（1998）用）用rbcL基因序列确定了马尾树科的系统地位。基因序列确定了马尾树科的系统地位。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学BmatK基因基因 matK(orfK)基因位于叶绿体基因位于叶绿体trnK基因的内含子中，长约基因的内含子中，长约1550bp，编，编码一种参与码一种参与RNA转录体中转录体中II型内含子剪切

35、的成熟酶，是叶绿体基因组的蛋白型内含子剪切的成熟酶，是叶绿体基因组的蛋白编码区中进化最快的基因之一。编码区中进化最快的基因之一。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学 与其它序列相比，与其它序列相比，matK基因的进化速率大约是基因的进化速率大约是rbcL的的2-3倍；倍；ndhF序列的序列的1.3倍；但却慢于倍；但却慢于ITS序列，一般是序列，一般是ITS序列的一半左右。序列的一半左右。在科级、属级水平，在科级、属级水平，matK序列分析为研究类群内部的系统重建提供了序

36、列分析为研究类群内部的系统重建提供了较多的信息和高的支持率。在某些类群中，较多的信息和高的支持率。在某些类群中，matK序列的核苷酸变化也序列的核苷酸变化也为种间、种下的系统研究提供了一定的价值。为种间、种下的系统研究提供了一定的价值。Soltis等（等（1996）利用）利用matK和和rabL基因序列对虎耳草属进行了基因序列对虎耳草属进行了系统发育重建，用系统发育重建，用matK序列构建的系统树与用序列构建的系统树与用rabL基因序列构建的基因序列构建的系统树高度一致。系统树高度一致。Johnson和和Soltis（1995）认为，）认为，matK的序列变的序列变异中转换和颠换的频率、密码子

37、异中转换和颠换的频率、密码子3个位置的变异频率没有严重的偏高。个位置的变异频率没有严重的偏高。由于由于matK序列的变异较均一，在构建系统树时不必对不同类型的变异序列的变异较均一，在构建系统树时不必对不同类型的变异进行加权，极大地增强了分子系统树的可靠性。进行加权，极大地增强了分子系统树的可靠性。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学Ctrn基因基因 trnT-trnL-trnF基因间三段非编码区，由于不受功能的限制，其进化基因间三段非编码区，由于不受功能的限制，其进化速

38、率大于功能编码区，目前已被广泛用于植物系统学研究。其三段非编码速率大于功能编码区，目前已被广泛用于植物系统学研究。其三段非编码区所在位置及通用扩增引物设计如图所示。区所在位置及通用扩增引物设计如图所示。Germano等（等（1990）利用）利用trnF-trnL内间隔区和内间隔区和ITS序列进行白序列进行白云杉、黑云杉和红云杉的品种鉴定。在被子植物科下水平的系统学研究云杉、黑云杉和红云杉的品种鉴定。在被子植物科下水平的系统学研究中，中，trnL-trnF的使用频率较高。的使用频率较高。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能

39、2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学DndhF基因基因 ndhF基因位于叶绿体基因组的小单拷贝区，编码假定的叶绿体基因位于叶绿体基因组的小单拷贝区，编码假定的叶绿体NADH脱氢酶的一个亚基，在烟草中长脱氢酶的一个亚基，在烟草中长2223bp，但在不同类群间由于插入，但在不同类群间由于插入/缺失缺失突变常引起长度上的变异。突变常引起长度上的变异。Randall等（等（1997）在凤梨科植物系统学研究）在凤梨科植物系统学研究中采用的模板扩增和测序引物如图所示。中采用的模板扩增和测序引物如图所示。研究发现，研究发现，ndhF基因长度一般是基因长度一般是rbcL的的1.5倍，但核苷酸替

40、代速率倍，但核苷酸替代速率约是约是rbcL的的2倍，因此能倍，因此能比比rbcL基因更好地解决科内系统关系的研究基因更好地解决科内系统关系的研究。另。另外，一些学者也成功地外，一些学者也成功地利用利用ndhF基因阐述了一些类群在科间水平的系统基因阐述了一些类群在科间水平的系统发育关系发育关系。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学EatpB基因基因 atpB基因位于叶绿体基因组的大单拷贝区，编码基因位于叶绿体基因组的大单拷贝区，编码ATP合成酶合成酶(ATP syntha

41、se)的的亚基，两边毗邻亚基，两边毗邻atpE和和rbcL基因。基因。atpB基基因的许多特性使其在较高分类阶元的比较序列研究中具有一定的因的许多特性使其在较高分类阶元的比较序列研究中具有一定的价值价值，如其长度一般为，如其长度一般为1497bp，既容易被测序，又可以提供足，既容易被测序，又可以提供足够的潜在的系统发育信息。另外，此基因序列较为保守，在玉米够的潜在的系统发育信息。另外，此基因序列较为保守，在玉米和烟草间的和烟草间的Ks值为值为0.62，对于，对于rbcL基因则为基因则为0.63，由此显示，由此显示，atpB与与rbcL基因的进化速率非常相似。基因的进化速率非常相似。为深入学习习

42、近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学2.3.2 cpDNA非编码区非编码区 近年来，近年来，cpDNA非编码区非编码区(包括内含子和基因间区包括内含子和基因间区)序列的测定在植物序列的测定在植物不同分类阶元的系统研究中被越来越广泛地应用起来。与许多编码基因相不同分类阶元的系统研究中被越来越广泛地应用起来。与许多编码基因相比，这些非编码区因其在功能上的限制较少，无论是在核酸替代还是插入比，这些非编码区因其在功能上的限制较少，无论是在核酸替代还是插入/缺失突变的积累上，都表现出更快的进

43、化速率；与相当长度的编码区片段缺失突变的积累上，都表现出更快的进化速率；与相当长度的编码区片段相比，这些非编码区能提供更多的具系统学意义的信息位点，故多用于较相比，这些非编码区能提供更多的具系统学意义的信息位点，故多用于较低分类阶元及近期分化类群间的系统学研究中。低分类阶元及近期分化类群间的系统学研究中。cpDNA内含子内含子：rpL16内含子，内含子，rps16内含子，内含子，rpoC1内含子内含子cpDNA基因间区基因间区：trnL-F非编码区非编码区，TrnT-trnL间区间区为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2

44、叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学AcpDNA内含子内含子 内含子位于编码基因的内部，其转录序列在转录后加工过程中被切内含子位于编码基因的内部，其转录序列在转录后加工过程中被切除，而不参加翻译过程。在烟草叶绿体基因组的除，而不参加翻译过程。在烟草叶绿体基因组的79个假定蛋白编码区和个假定蛋白编码区和30个个tRNA基因中，有基因中，有18个含有内含子，其中个含有内含子，其中6个被内含子切断的基因个被内含子切断的基因是编码是编码tRNA的，其余的，其余12位于蛋白编码基因中。位于蛋白编码基因中。rpL16内含子内含子cpDNA内含子内含子 rps16内含子内含子 rpoC1内含子

45、内含子为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学rpL16内含子内含子 叶绿体中编码核糖体蛋白的叶绿体中编码核糖体蛋白的rpL16基因位于基因位于cpDNA大单拷贝区大单拷贝区，由两个，由两个外显子和中间一段相对较长的外显子和中间一段相对较长的II型内含子组成。其内含子序列的差异主要体型内含子组成。其内含子序列的差异主要体现在长度上，从地钱的现在长度上，从地钱的536bp到少根紫萍的到少根紫萍的1400bp变化不等，但在大多数变化不等，但在大多数被子植物中，其长度一般为被子植

46、物中，其长度一般为1kb左右。左右。Downie等等(1996)通过对烟草和水稻中的通过对烟草和水稻中的17种叶绿体内含子的相似性比种叶绿体内含子的相似性比较认为，较认为，rpL16是是cpDNA中进化速率最快的内含子中进化速率最快的内含子；Small等等(1998)在对锦在对锦葵科棉属的葵科棉属的cpDNA(包括包括3个内含子：个内含子：rpL16、rpoC1和和ndhA及及4个基因间区：个基因间区：accD-psaI、trnL-trnF、trnT-trnL和和atpB-rbcL)和核编码的和核编码的Adh基因家族基因家族及及ITS序列的比较研究中，也支持序列的比较研究中，也支持rpL16内

47、含子在内含子在cpDNA中相对快的进化速中相对快的进化速率率。作为作为cpDNA中进化最快的内含子之一，中进化最快的内含子之一，rpL16内含子在远缘类群间的长内含子在远缘类群间的长度变异非常明显，使得较为确定的排序几乎是不可能的，因此度变异非常明显，使得较为确定的排序几乎是不可能的，因此rpL16内含子内含子一般用于较低分类阶元或近缘类群间一般用于较低分类阶元或近缘类群间(如种间、近缘属间如种间、近缘属间)及较晚分化的类群及较晚分化的类群间间(如如0.5-2百万年前百万年前)的系统发育研究，但其所能提供的系统学信息都明显低的系统发育研究，但其所能提供的系统学信息都明显低于于rDNA的的ITS

48、片段片段。在竹子中，。在竹子中，rpL16内含子适于解决属级以上分类水平的内含子适于解决属级以上分类水平的系统发育系统发育(成对序列趋异范围在成对序列趋异范围在0-8.2%之间之间)，与禾本科中许多其它类群相比，与禾本科中许多其它类群相比，木本竹子木本竹子cpDNA的编码区序列的进化速率相对较慢，因此推断的编码区序列的进化速率相对较慢，因此推断rpL16内含子内含子在其它植物类群中应该更适用于较低阶元的系统分析在其它植物类群中应该更适用于较低阶元的系统分析。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植

49、物系统学资料与植物系统学rps16内含子内含子 编码核糖体蛋白编码核糖体蛋白S16的的rps16基因位于植物基因位于植物cpDNA大单拷贝区大单拷贝区，但但在某些科的代表种中部分或完全缺失，在某些科的代表种中部分或完全缺失，如牛栓藤科、杜仲科、壳斗如牛栓藤科、杜仲科、壳斗科、亚麻科及杨柳科等。该基因常被一个科、亚麻科及杨柳科等。该基因常被一个II型内含子分割为两部分，型内含子分割为两部分，此内含子长度从此内含子长度从707bp到到951bp变化不等。变化不等。总的来说，总的来说，rps16内含子的进化速率与多数已报道的内含子相近，内含子的进化速率与多数已报道的内含子相近，其中其中rpoC1内含

50、子与其最为相似。资料显示，内含子与其最为相似。资料显示，rps16内含子一般适用内含子一般适用于较高分类阶元的系统发育研究，但其变异的大小还不足以解决属下，于较高分类阶元的系统发育研究，但其变异的大小还不足以解决属下，特别是近代分化类群的系统关系特别是近代分化类群的系统关系。在木犀科，它甚至不能很好地解决。在木犀科，它甚至不能很好地解决族间的关系。族间的关系。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2叶绿体叶绿体DNA资料与植物系统学资料与植物系统学rpoC1内含子内含子 与与E.coli RNA聚合酶聚合酶亚基同源的亚基同