东北地区丁香属植物分子系统学研究

摘要

本文选取来自于核基因组和叶绿体的三个DNA序列片段，对东北地区丁香属进行系统发育的重建，主要探讨了东北地区丁香属下系统的划分和属下分类群间的亲缘关系。对东北地区丁香属植物进行大量的分子系统学研究的同时，还对其形态性状进行了分支分析，探讨了丁香属的起源和演化问题。主要内容包括： 1、基于形态性状的分支分析通过对东北地区应用的丁香属植物的形态学性状的观察，采用分支系统学的方法，对其进行分支分析，利用PHYLIP和MEGA软件，分别应用最大简约法和UPGMA法对其进行系统发育分析，结果表明：东北地区丁香属植物分为4个分支，分别属于Rehder(1928)分类方法组1和组2中的不同的系，从一个侧面说明基于经典分类划分的系是比较自然的，而我们研究后认为去除组的划分，将丁香属分为五系，即顶生花序系(Ser.Villosae)、欧丁香系(Ser．Syringa)、巧玲花系(Ser．Pubescentes)、羽叶丁香系(Ser．Pinnatifoliae)和短花冠系(Ser．Ligusttina)。 2、叶绿体TrnL-trnF间区序列及系统发育扩增并分析了东北地区丁香属11种植物及外类群的tmL-trnF基因间隔区序列，其长度变异范围为362-374bp，排序后的长度为382bp，其中35个变异位点，所占比例为9.16％，序列的G+C平均含量为37.2％，说明trnL-tmF序列的A+T含量较高。对东北地区丁香属植物基于cpDNA的TmL-tmF间区序列应用MP法、ML法、UPGMA法和NJ法构建系统发育树，结果表明：在东北地区丁香属植物内稳定的分成四个类群，洋丁香、朝鲜丁香、什锦丁香和紫丁香构成一个类群，即欧丁香系(Ser．Syrinag)，关东丁香、小叶丁香和毛丁香构成一个类群，即巧玲花系(Set．Pubescentes)，红丁香和辽东丁香构成一个类群，即顶生花序系(Set．Villosae)，北京丁香和暴马丁香构成一个类群，即短花冠管组(Sect．Ligustrina)。不同方法分析的各类群之间的关系不同，构建的发育树存在一定的差异。 3、nrDNA ITS序列的分析及系统发育东北地区丁香属11种植物及外类群的ITS序列4种核苷酸量平均为A=30.5％，C=21.5％，G=32.0％，T=16.0％。将所获得的ITS序列排序后，比较形成了一个含623个位点的矩阵，其中544个不变位点，79个变异位点，所占比例为12.7％，ITS序列的G+C含量较高，都在50％以上，平均含量为54.8％。东北地区丁香属内G+C含量相差不大，最低的是洋丁香，为53.86％，最高的为北京丁香为55.86％，而东北连翘的G+C含量为54.9％。对东北地区丁香属植物基于ITS区序列构建的系统发育树分析后发现，在东北地区丁香属植物内稳定的分成四个类群，与TmL-trnF间区研究结果相同，但基于不同的系统分析方法构建的系统发育树在属下各分类群的之间的亲缘关系的确定上有一定的差异。 4、nrDNh ETS序列的分析及系统发育东北地区丁香属11种植物ETS序列4种核苷酸量平均为A=19.8％，C=24.5％，G=24.6％，T=31.2％。将所获得的ETS序列排序后，比较形成了一个含380个位点的矩阵，其中323个不变位点，57个变异位点，所占比例为15％，东北地区丁香属植物ETS序列的G+C含量在48％-50％以下，平均含量为48.99％。东北地区丁香属内G+C含量相差不大，最低的是毛丁香，为48.1％，最高的为朝鲜丁香为50.0％，而辽东水腊的G+C含量为48.94％。对东北地区丁香属植物基于ETS区序列构建的系统发育树分析后发现，在东北地区丁香属植物内稳定的分成四个类群，与TmL-trnF间区、ITS序列的研究结果相同，但应用系统分析方法所构建的系统发育树在属下各分类群的之间的亲缘关系的确定上与TrnL-tmF间区、ITS序列的研究结果有一定的差异。 综合文献资料和本研究结果，我们认为： 1、cpDNA TrnL-trnF间区序列、nrDNA ITS和ETS序列在研究丁香属下分类和丁香属植物的系统进化方面可以提供一定的变异位点，在种间的系统发育重建研究中可以提供较丰富的信息，具有一定的研究价值。 2、丁香属植物的经典分类划分的系是比较自然的，而我们研究后认为去除组的划分，将丁香属分为五系，即顶生花序系(Ser．Villosae)、欧丁香系(Ser． Syringa)、巧玲花系(Ser．Pubescentes)、羽叶丁香系(Ser．Pinnatifoliae)和短花冠系(Ser．Ligustrina)。 3、基于不同的序列和不同的系统分析方法构建的系统发育树在属下基部分支的确定上有一定的差异，但按照多数原则，我们推断：欧丁香系(Ser．Syringa)为基部分支，巧玲花系(Ser．Pubescentes)是进化过程中的一个中间类群，顶生花系(Ser． Villosae)可能是一个较原始的类群。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1中国丁香属植物研究进展

1.1.1系统分类研究

1.1.2种子生物学的研究

1.1.3开花生物学的研究

1.1.4营养繁殖研究

1.1.5杂交育种的研究

1.2植物分子系统学研究进展

1.2.1用于植物系统学研究的主要分子标记

1.2.2用于植物分子系统学研究的主要基因种类

1.2.3分子系统学系统发育树的重建

1.3本研究的内容、目的及研究思路

1.3.1研究内容和研究思路

1.3.2研究的目的和意义

2东北地区丁香属基于形态的分支分析

2.1植物形态学性状及性状分析

2.1.1植物形态学性状的确定和极性分析的原则

2.1.2外类群的选择

2.1.3性状分析

2.2分支分析

2.2.1材料与方法

2.2.2形态性状

2.2.3系统发育分析

2.2.4结果与分析

2.2.5讨论

2.3本章小节

3叶绿体trnL-trnF间区序列分析及其系统发育

3.1材料与方法

3.1.1植物材料

3.1.2植物基因组DNA的提取

3.1.3 PCR扩增与测序

3.1.4序列的对位排列及系统发育树构建

3.2结果与分析

3.2.1序列分析

3.2.2系统发育分析

3.3讨论

3.3.1基于TrnL-trnF间区序列序列系统的划分

3.3.2基于TrmL-trnF间区东北地区丁香属下分类群间的亲缘关系

3.3.3基于TrnL-trnF间区四种构树方法的比较

3.4本章小节

4 nrDNA的ITS区序列分析及其系统发育

4.1材料与方法

4.1.1植物材料

4.1.2植物基因组DNA的提取

4.1.3 PCR扩增与测序

4.1.4序列分析及系统发育树构建

4.2结果与分析

4.2.1序列分析

4.2.2系统发育分析

4.3讨论

4.3.1基于ITS序列丁香属下系统的划分

4.3.2基于ITS序列丁香属下分类群的亲缘关系

4.4本章小节

5 nrDNA的ETS区序列分析及其系统发育

5.1材料与方法

5.1.1植物材料

5.1.2植物基因组DNA的提取

5.1.3 PCR扩增与测序

5.1.4序列分析及系统发育树构建

5.2结果与分析

5.2.1序列分析

5.2.2系统发育分析

5.3讨论

5.3.1基于ETS序列丁香属下系统的划分

5.3.2基于ETS序列丁香属下分类群间的亲缘关系

5.3.3欧丁香系内亲缘关系的问题

5.4本章小节

6东北地区丁香属植物分类处理

6.1丁香属概述

6.2东北地区丁香属下分类检索表

6.3丁香属下分类及探讨

结论与建议

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢