基本信息
- 項目名稱：
- 利用ISSR標記分析杉科主要物種的系統(tǒng)進化關系
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本實驗設計合理，方法得當，過程嚴謹。運用目前較為成熟的ISSR分子標記技術，分析了孑遺植物杉科主要物種之間的系統(tǒng)進化關系，得出較為可靠的實驗結(jié)果，該實驗結(jié)果與當前的化石證據(jù)具有一定的印證之處，但同時又有自己創(chuàng)新的觀點，可以為杉科植物的系統(tǒng)分類提供分子水平的研究佐證，具有一定的科學意義。
- 詳細介紹：
- 自Warming于1890年創(chuàng)立杉科以來，許多學者從各方面對杉科的系統(tǒng)進化進行研究，并提出各自的分類系統(tǒng)。當前國內(nèi)外對杉科植物系統(tǒng)進化和遺傳發(fā)生的研究，主要是從三個水平上去分析的。一個是植物形態(tài)學水平：例如中國科學院植物研究所的傅立國教授和于永福博士，他們利用植物形態(tài)學和化石證據(jù)來研究分析杉科植物的系統(tǒng)進化關系；還有一個是細胞形態(tài)學水平：例如中國植物學會古植物分會副理事長馬清溫博士，他對杉科植物的表皮結(jié)構(gòu)進行細致的探究，借以推測古環(huán)境及杉科植物的系統(tǒng)進化關系；另一個就是核型分析水平，復旦大學的李林初教授一直致力于對杉科植物的核型分析，并根據(jù)杉科不同屬的核型分析結(jié)果討論了各屬的有關分類學問題及相互親緣關系。還有一些外國學者將這三種研究方法結(jié)合起來，從植物形態(tài)學，核型分析以及細胞形態(tài)學三者綜合的角度，系統(tǒng)的探討杉科植物之間的系統(tǒng)進化關系。 然而，這些分類系統(tǒng)意見不一。由于杉科是早侏羅紀或晚三疊紀起源的，其各種類型很可能在早白堊紀甚至晚侏羅紀就已分化出來。因此，目前缺少相關的化石材料來推斷各屬間的親緣關系。本試驗中所采用的7個屬間的進化順序在李林初的核型研究中確定為：柳杉屬→水松屬→落羽杉屬→水杉屬→北美紅杉屬→杉木屬→臺灣杉屬。通過比較分析可知，該進化關系與我們的研究結(jié)果大致相符。其差別在于：1水松屬和水杉屬的位置較靠前；2臺灣杉屬與杉木屬的位置恰好相反。盡管本研究中的臺灣杉屬與杉木屬的位置相反，但基本上體現(xiàn)了他們之間的親緣關系較近。3 北美紅杉屬和落羽杉屬的位置相反。另外，對于水杉屬的系統(tǒng)位置一直頗有爭議，免疫學和球果發(fā)育資料說明水杉屬與北美紅杉屬和巨杉屬關系密切；Arnold 根據(jù)化石記錄推測水杉屬很可能與水松屬來自共同的祖先類群Paratax-odium；Hida則認為水杉的親緣與北美紅杉屬、巨杉屬、落羽杉屬及水松屬接近。本文分支圖支持水杉屬與水松屬近緣的觀點，但必須指出，這兩屬分化較早，它們的區(qū)別也是極其顯著的，它們的近緣只是相對于其它的現(xiàn)存類群而言。 本文首次利用ISSR分子標記分析了現(xiàn)存杉科主要物種之間的系統(tǒng)進化關系，研究結(jié)果可以為杉科的系統(tǒng)分類提供分子水平的研究佐證。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：從分子水平上研究杉科植物系統(tǒng)進化關系，完善杉科分類分子水平相關資料。 基本思路：利用ISSR分子標記方法，生物統(tǒng)計方法及生物信息聚類分析軟件，對杉科主要物種的系統(tǒng)進化關系進行分析，得出一定的結(jié)果。
科學性、先進性及獨特之處
- 本實驗通過ISSR-PCR反應體系，利用ISSR引物生物學特性，對引物相關重復序列片段進行PCR擴增，再通過瓊脂糖電泳分辨擴增譜帶的遷移結(jié)果，運用生物統(tǒng)計方法及聚類分析軟件處理實驗數(shù)據(jù)，從分子水平上探究杉科植物屬種間的進化親緣關系，相較于現(xiàn)有的植物形態(tài)學分類，細胞形態(tài)學分類以及核型分類等方法，它不易受環(huán)境條件的影響，具有較好的穩(wěn)定性和精確性。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 杉科植物是少數(shù)的現(xiàn)存種孑遺植物，研究它的系統(tǒng)進化關系對揭示整個松杉類植物的系統(tǒng)演化、地球物種的變遷和古地理氣候的變化均具有重要意義。本實驗利用ISSR技術來分析杉科主要物種之間的系統(tǒng)進化關系，得出較為可靠的結(jié)果，為杉科植物的系統(tǒng)發(fā)生及遺傳進化提供分子研究佐證。補充杉科系統(tǒng)進化分子水平的研究空白，具有一定的科學意義。
學術論文摘要
- 自Warming于1890年創(chuàng)立杉科以來，對其分類意見不一。本文利用ISSR分子標記對杉科主要物種系統(tǒng)進化關系進行了分析。遺傳相似系數(shù)的聚類結(jié)果表明，這些屬內(nèi)的各物種總是最先聚在一起。表明ISSR標記可以較為有效地在杉科各屬的進化尺度上區(qū)分物種間的親緣關系。本研究所包含的杉科7個屬之間的系統(tǒng)進化關系可以描述為：柳杉屬→北美紅杉屬→落羽杉屬→臺灣杉屬→杉木屬→水杉屬和水松屬。 目前尚未見利用分子標記技術對杉科的系統(tǒng)發(fā)育研究的相關報道。因此本研究利用ISSR標記分析杉科植物主要種屬間的親緣關系，研究其系統(tǒng)進化關系，為杉科植物的系統(tǒng)發(fā)生及遺傳進化提供分子研究佐證。
獲獎情況
- 本論文投稿于《北京林業(yè)大學學報》，目前正在審稿中。
鑒定結(jié)果
- 本實驗設計合理，過程嚴謹，實驗結(jié)果具有一定的學術價值，可以為杉科植物的系統(tǒng)分類提供分子水平的研究佐證，具有一定的科學意義。
參考文獻
- 本文主要包含的技術有:1.ISSR分子標記技術；2.PCR擴增技術；3.瓊脂糖凝膠電泳技術。相關技術文獻如下： 1.王建波．ISSR分子標記及其在植物遺傳學研究中的應用．遺傳2002，24（5）：613-616 2.南景一 楊 春.PCR技術極其應用.空軍醫(yī)高專學報 1994，24（3）65-68 3.王霞 王燁 李琳琳 李桂榮 謝自敬. 瓊脂糖和聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測腸道菌群基因擴增產(chǎn)物的方法學比較研究 新疆醫(yī)學 2008，24（5）
同類課題研究水平概述
- 當前國內(nèi)外對杉科植物系統(tǒng)進化和遺傳發(fā)生的研究，主要是從三個水平上去分析的。一個是植物形態(tài)學水平：比如中國科學院植物研究所的傅立國教授和于永福博士，他們利用植物形態(tài)學和化石證據(jù)來研究分析杉科植物的系統(tǒng)進化關系；還有一個是細胞形態(tài)學水平：比如中國植物學會古植物分會副理事長馬清溫博士，他對杉科植物的表皮結(jié)構(gòu)進行細致的探究，借以推測古環(huán)境及杉科植物的系統(tǒng)進化關系；另一個就是核型分析水平，復旦大學的李林初教授一致致力于對杉科植物的核型分析，并根據(jù)杉科不同屬的核型分析結(jié)果討論了各屬的有關分類學問題及相互親緣關系。本試驗中所采用的7個屬間的進化順序在李林初的核型研究中確定為：柳杉屬→水松屬→落羽杉屬→水杉屬→北美紅杉屬→杉木屬→臺灣杉屬。通過比較分析可知，該進化關系與我們的研究結(jié)果大致相符。其差別在于：1水松屬和水杉屬的位置較靠前；2臺灣杉屬與杉木屬的位置恰好相反。盡管本研究中的臺灣杉屬與杉木屬的位置相反，但基本上體現(xiàn)了他們之間的親緣關系較近。還有一些國外學者將這三種研究方法結(jié)合起來，從植物形態(tài)學，核型分析以及細胞形態(tài)學三者綜合的角度，系統(tǒng)的探討杉科植物之間的系統(tǒng)進化關系。 以上幾種研究方法都是分析植物系統(tǒng)進化必不可少的研究手段，然而杉科植物起源古老，演化歷史悠久，幾經(jīng)變遷，保留到現(xiàn)在的類群多為單種屬或包含2-3個種的寡型屬，由于杉科植物各屬形態(tài)特征變異幅度較大，僅從形態(tài)學去分析，很難下準確的定論。盡管目前已有三個角度的研究方法，但是還是未能明確的對杉科植物進行系統(tǒng)進化分析。 目前尚未見利用分子標記技術對杉科的系統(tǒng)發(fā)育研究的相關報道。由于分子標記是遺傳物質(zhì)-DNA差異的直接反應，其多態(tài)性不受環(huán)境變化影響，因此利用分子標記對杉科的系統(tǒng)進化研究具有科學意義。
