学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

松属植物rRNA基因的变异模式及其进化生物学意义

作　者: 刘占林
导　师: 洪德元；王晓茹；张大明
学　校: 中国科学院研究生院（植物研究所）
专　业: 植物学
关键词: 松属 rDNA 杂种起源分子进化基因组关系荧光原位杂交（FISH）基因组原位杂交（GISH）
分类号: Q943
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
下　载: 397次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载

内容摘要

被子植物的rRNA基因已经得到深入研究。二倍体被子植物一般拥有1-4对18S-5.8S-26S rDNA位点和1-2对5S rDNA位点。作为特殊的多基因家族成员，rDNA会受均一化力(homogenizing forces)的作用，通过基因转换、不等交换等机制，形成基因的致同进化(concerted evolution)。长期以来，我们一直认为动植物rDNA致同进化水平很高，各种拷贝的序列几乎完全一致，因此可以直接应用PCR测序的方法进行分子系统学研究。但是在裸子植物中由于研究资料的匮乏，使我们对裸子植物rDNA的变异模式了解甚少。松属植物作为裸子植物的最大类群，它的rDNA变异和进化有何特点、与被子植物是否相同，是这个重要类群的进化研究中目前尚未解决的问题。本文的研究内容从三个方面进行： (1)rDNA的染色体定位目前，松属的18S-5．8S-26S rDNA的染色体定位研究只包括5种植物，其中的3种同时涉及到5S rDNA定位。这些研究结果表明，不同种存在相异的rDNA位点数目，甚至不同的个体的rDNA位点均有变化。其共同点是，18S-5．8S-26S rDNA位点数平均较被子植物多，5S rDNA除Pinus radiata外，在其它种里则与被子植物相似。这种现象是松属或裸子植物的共同特征，亦或是特例呢?有限的研究限制了对裸子植物rDNA的了解。本研究的目的之一就是研究松属植物rDNA的染色体空间分布特征，希望借此了解松属植物间的关系，比较裸子植物和被子植物rDNA在染色体组水平的差异。 (2)5S rDNA的分子进化 5S rDNA的序列水平的进化研究在松属中尚属空白。5S rDNA在染色体数目上没有显示裸子植物与被子植物的差异，是否意味着松属乃至裸子植物的5S rDNA也同被子植物一样——致同进化完全，序列高度一致呢?利用克隆测序方法对松属植物5S rDNA的研究无疑是有开创性的工作，可以探讨裸子植物的5S rDNA的进化机制和种间关系。 (3)杂种基因组研究杂交物种的起源演化是当前生物学研究的热点，通过杂种基因组的研究，可以了解杂种的的基因组构成，组织方式和进化历史，探讨杂交事件对成种过程的影响及意义。这项研究涉及到高山松、云南松和油松。之所以采用这三种植物，因为等位酶、cpDNA和mtDNA证据证明高山松为油松和云南松的自然杂交种。但这些证据不足以反映杂种核基因组的重组特征和构成及其进化规律。我们利用rDNA-FISH、5S rDNA和基因组原位杂交分析三种松树间的基因组关系，为揭示高山松的进化机制和历史提供新的依据。本项研究得到以下结果：一．rDNA荧光原位杂交(FISH) 通过对华山松和白皮松两种单维管束亚属植物及油松、云南松、高山松、马尾松和南亚松等五种双维管束亚属植物的18S rDNA与5S rDNA的荧光原位杂交，结果表明： (1)裸子植物的18S rDNA位点数目明显多于二倍体被子植物。其中主要位点数目，油松有7对，高山松5对，云南松8对，马尾松10对，南亚松6对，白皮松3对，华山松10对，平均在7对；另外，部分松树还存在弱位点。无论强弱位点都有部分存在于染色体的着丝粒区，除了赤松（Pinu dens伽raX在其它松科植物中并没有发现这种现象。究竟是基因转移的结果或该位点是 18s riZNTA的原始起源位置还有待确证。（2）SS fi3：NA位点相对变异较小，与被子植物相当。除了华山松 SS d3NA 有旱对位点，马尾松只有1对位点外，其它松树的SS riZNA位点数目均为2对，、并且在双维管柬亚属植物中有一对属于弱位点。（3）两种 fi3NA存在不同连锁模式。双维管束亚属植物中，SS与 18s rDNA 连锁在同一染色体的同一臂或两条臂上。在同一染色体臂时，18s fi3NA在臂的远端。单维管束亚属植物的SS与185 d7NA或连锁于同一染色体的同一臂上，或分别处于不同染色体。前一情况，SS n3NA位于臂的远端。据此可以说明两个亚属的rDNA结构在染色体组水平的很大分化。（4）松属植物的关系及高山松核型特征。由于SS与18s n3NA连锁关系的不同，可以将单维管束亚属和双维管束亚属分开。各亚属的不同物种可以依据杂交位点的多少、位置、信号强弱构成的核型图加以区分，并且构成一定的系统关系。杂交起源的高山松在染色体组上，表现出对油松和云南松两亲本不同染色体特征的分别继承与重组，并产生独有的特征。其＊同源染色体之一 18s rDNA位点的缺失，可能是染色体重组的痕迹。二．SS if7：NA的序列变异与分子进化利用分子克隆和DNA测序分析了油松、云南松、马尾松、白皮松和不同遗传背景的高山松居群的SS iLNA基因序列变异及基因进化规律，得到以下主要结果：（1）SS rDNA的结构特征。双维管束亚属植物长度在 658刁28 hp，白皮松则为 49952 hp。长度差异体现在基因间隔区，而基因区极端保守，“基本为

全文目录

中文摘要  5-8
英文摘要  8-10
第一章总论——裸子植物rDNA研究  10-21
  1 rRNA基因的结构和功能  10-12
    1．1 18S-5．8S-26SrRNA基因结构与功能  10-11
    1．2 5S rRNA基因结构与功能  11-12
  2 rDNA的拷贝数与染色体定位  12-13
    2．1 18S-5．8S-26SrRNA基因  12
    2．2 5S rRNA基因  12-13
  3 rRNA基因变异以及在裸子植物研究中的应用  13-15
    3．1 18S-5．8S-26SrRNA基因  13-14
    3．2 5S rRNA基因  14-15
  4 本研究的背景、目的与意义  15-21
第二章实验材料与方法  21-30
  1 实验材料  21
  2 实验方法  21-30
    2．1 DNA提取、纯化与定量  21-22
    2．2 荧光原位杂交  22-26
      2．2．1 探针的获得  22-24
      2．2．2 染色体制片  24
      2．2．3 原位杂交预处理  24-25
      2．2．4 杂交及杂交后的洗脱  25
      2．2．5 探针与杂交信号的检测  25-26
    2．3 5S rDNA的克隆测序  26-30
      2．3．1 5S rDNA的PCR扩增  26
      2．3．2 5S rDNA克隆  26-28
      2．3．3 5S rDNA测序反应及纯化  28
      2．3．4 数据处理  28-30
第三章七种松属植物的18S和5S rDNA荧光原位杂交定位  30-42
  1 染色体原位杂交原理  30-31
    1．1 历史及发展现状  30
    1．2 原位杂交技术在植物研究中的应用  30-31
  2 本研究目的与意义  31-32
  3 材料与方法  32
  4 结果  32-35
  5 讨论  35-42
第四章松属植物的5S rDNA序列变异及进化  42-59
  1 前言  42
  2 材料与方法  42-43
  3 结果  43-46
  4 讨论  46-59
    4．1 5S rDNA的结构  46
    4．2 5S rDNA在松属植物中的进化  46-48
    4．3 高山松的5S rDNA遗传与进化模式  48
    4．4 部分裸子植物5S rDNA基因的系统关系  48-59
第五章云南松、油松和高山松的基因组原位杂交（GISH）  59-64
  1 前言  58-59
  2 本研究的目的意义  59-60
  3 材料与方法  60
  4 结果与讨论  60-64
第六章结论  64-66
致谢  66-67
攻读学位期间已完成或发表的论文  67-68
参考文献  68-78
附文1  78-87
附文2  87-103
附文3  103-117

松属植物rRNA基因的变异模式及其进化生物学意义

内容摘要

全文目录

相似论文