基于ndhf序列的植物遗传关系分析_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于ndhf序列的植物遗传关系分析_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

热病癍疹，湿疹，尿血，血淋，血痢，疮疡，丹 毒，烧伤，热结便秘。 作为西药的功能抗病原微生物作用、抗炎作用、对心血管系统的作用、避孕作用、抗肿瘤作用及其它作用。 药材基源为紫草科植物紫草、新藏假紫草或滇紫草的根。 临床作用有治疗急慢性肝炎、治疗肺结核合并血小板减少性紫癜、治疗恶性葡萄胎并发子宫绒毛膜上皮癌、治疗婴儿皮炎、外阴湿疹、阴道炎及子宫颈炎、治疗青年扁平疣及银屑病、治疗玫瑰糠疹。 紫草还有美容功效，紫草具有显著的祛痘和消炎的效果，有很大的美容价值，被荀草园的永乐坊、美体小铺、瑞士 magic care魔法护理等众多化妆品品牌列为化妆品功能性成分之一紫草 的美容机理：紫草主要功能为凉血，活血化瘀，解毒透疹，因此能加速痘印和疤痕的新陈代谢，加上其良好的杀菌消炎作用。 主要成分为：紫草根含色素成分、脂肪酸。 色素成分为萘醌衍生物， 有紫草素（紫草醌， Shikonin）、乙酰紫草素（ Acetylshikonin）、去氧紫草素第一章 引 言 7 （ Deoxyshikonin）、异丁基紫草素（ Isobutyshi konin）、异戊酰紫草素（ Isovalerylshikonin）、 β， β二甲基丙烯酰紫草素（ β， βDimethyla crylshikonin）、β羟基 异戊酰紫草素 （ βHydroxyisovalerylshikonin）、紫草烷（ Alkannan）、紫草红（ Alkannin）、 α甲基 正 丁酰紫草素（ αMethylnbutyrylshikonin）、 3， 4二甲基戊烯 3酰基紫草醌（ Teracrylshikonin）． 新疆假紫草根含 β羟基异戊酰紫草醌、 3,4二甲基戊烯 3酰基紫草醌．脂肪酸主要为软脂酸、油酸及亚油酸等。 狗尾草主治：除热，去湿，消肿。 治痈肿，疮癣，赤眼。 ① 《纲目》：治疣目，贯发，穿之即干灭也。 凡赤眼拳毛倒睫者，翻转目险，以一、二茎 蘸水戛去恶血。 ② 《纲目拾遗》：治疔痈癣。 面上生癣，取草效茎揉软，不时搓之。 ③ 《贵州民间方药集》：解热，治目疾。 又用治麻 (疣 )子。 ④ 《陆川本草》：去湿，消肿。 治黄水疮。 ⑤ 《重庆草药》：治目疾流泪起雾。 主要成分：种子含脂类达 %，脂类中的脂肪酸为：棕榈酸（ palmitic acid)，硬脂酸（ dtearic acid)，油酸（ oleic acid)，亚油酸（ linoleic acid)和亚麻酸（ linolenic acid)，及痕量的肉豆蔻酸（ myristic acid)，棕榈油酸（ palmitoleic acid)和花生酸（ arachidic acid)。 甾醇（ sterol)，甾醇糖甙（ sterol glycoside )，和单酸甘油酯（ monoglyceride)。 DNA 序列分析在植物分子系统学研究中的应用和难题 分子系统学 近些年来随着分子生物学的迅速发展分子系统学 ( Mo lecu lar Systemat ics)发展起来 , 它利用大量分子实验的数据 , 采用生物统计学方法来研究生基因间和物体间的进化关系 , 事用来阐明植物系统进化的一门新兴的学科。 上世纪 60年代中期最早将 分子系统学研究应用于植物系统发育 , 它主要用于近缘物种和居群水平的系统发育研究。 20世纪 70年代基因银行的建立积累了大量的 DNA 序列信息 , PCR技术的不断发展又使得在基因水平研究植物的遗传变异成为可能 ,从而极大地推动了分子系统学的发展 , 使得系统发育研究水平达到了一个相当高的地步。 第一章 引 言 8 分子系统学的研究主要是从所要分析类群的一些代表物种和合适的外类群 , 选择和使所要分析的目的生物大分子或组合确定 , 并设法从中获得相关数据 ,对得到的数据进行比对或其它的数学方面的处理 , 借用遗传学分析软件对处理后的数据进行分析 ，之后构建分子系统树 , 最后对构建的系统树做相应的数学统计分析以检验系统树的可靠性。 分子系统学主要的内容包括分类学研究、系统发育重建和分子进化和种群的遗传结构分析等几个方面 , 经常采用研究方法这几种： DNA 序列分析、 RAPD、 RFLP、 AFLP、 ISSR 和同工酶标记等 , 在这些的方法中 , 最主要、最常用的是 DNA 序列分析方法是种群的遗传结构分析。 近年来随着 DNA 测序技术自动化水平的不断的提高 ,由于这种方法具有快速、高效、准确等优点，已经成为植物分子系统学研究领域方面的基石 ,在进化研究和植物系统发育 中应用的越来越广泛。 DNA 序列分析在植物分子系统学研究中的应用 近些年来 ,分析许多存在争议的系统学问题采用分子生物学手段 , 已经获得了很大的成功。 基因序列分析是其中比较常用的手段之一 .报道中已经用来作序列分析的基因主要有 ITS及 rbcL等。 DNA 序列分析技术能应用于植物系统发育和进化研究中，该方法研究主要是通过提取植物的基因组 DNA, 设计引物并且扩增出适合进行系统进化研究的基因片段 ,进行 测序之后进行序列比对 , 建立取代模型然后构建系统进化树 , 用来分析物种间亲缘关系和演化变异。 随着 DNA 测序技术的自动化水平不断提高 , DNA序列分析的方法由于其快速、高效、准确的优点已经在植物分子系统学研究领域成为基石。 DNA 序列在植物分子系统学研究中的发展 由 DNA 单一序列分析向多序列分析发展 在早期的植物分子系统学研究中大多仅选用一种来源的 ( nDNA或 cpDNA) 甚至一个 DNA片段作为数据来源。 如在蔷薇科中 , 2020年前的研究中均只选用了第一章 引 言 9 一种 DNA片段或单一来源的片段，大多数被子植物的叶绿体基因组为母系遗传(Corriveau amp。 Coleman, 1988) , 而核基因为双亲遗传。 因此 , 仅选用其中一种来源的 DNA序列无法全面揭示杂交和异源多倍化等系统进化问题。 此外 ,不同植物分类群间 DNA片段的进化速率并不一致 , 且一段长度有限的序列有时无法提供足够的信息位点。 近年来 , 越来越多的研究选用多种 DNA片段来进行植物分子系统重建。 由常用 DNA 片段分析向低拷贝核基因分析发展 长期以来 , 基于 DNA序列分析的植物系统学研究依赖于 cpDNA和 nrDNA的重复区 , 特别是内转录间隔区 ( ITS) 的应用最为频繁。 但这两类 DNA片段有时无法提供足够的信息 位点 , 且 nrDNA因存在不完全协同进化 ( inp lete concerted evolution) , 在一些植物类群中并不能预期地解决其系统关系问题。 因此 , 低拷贝核基因 (Low2copy nuclear gene, LCNG) 因其丰富的资源和较快的进速率被广泛的开发和应用。 在植物分子系统学研究中常见的难题 系统分析结果存在冲突 通常基于 DNA序列所构建的系统树为基因树 ( gene tree) , 它并不一定能反映真实的物种树 ( species tree)。 基于不 同 DNA片段构建的基因树间可能会存在分歧 , 即某些个体或群体在不同的基因树上的位置并不一致。 主要有如下几种情况 : (1) 基于同一核基因位点的系统树上 , 同一种内的基因序列在系统树的位置冲突 , 即种内序列并非单系。 (2) 基于细胞质和核基因序列的系统结果矛盾。 (3) 基于不同核基因位点间的系统结果矛盾。 (4) 基于叶绿体不同区域间的系统结果矛盾。 发现基因树存在冲突时 , 应首先排除取样不足及 DNA序列信息位点不足的影响。 其次 , 需考虑选用的 DNA片段的进化速率和进行系统分析时选用的替代模式是否妥当。 在此 基础上 , 应着重考虑基因位点的谱系重排、基因的复制和丢失 , 或植物进化过程中经历的杂交、多倍化和基因水平转移等历史。 第一章 引 言 10 谱系重排或谱系分选 ( inp lete lineage sorting, deep coalescence) 是后代对祖先多态等位基因进行随机保留的结果 , 即后代不同物种携带了祖先的不同等位基因。 谱系重排在核基因家族的进化中很普遍 , 在叶绿体基因组上也存在。 谱系重排与种源 /基源拷贝区分问题有相似之处 , 但不同的是谱系重排的潜在威胁性随所研究植物类群的分化时间越短而越大 , 因此在低水平的 系统发育研究中问题尤为突出。 当所应用的 LCNG位点因谱系重排在植物后代中的保留不一致时 , 必然会导致一些物种或个体在系统树上的位置冲突或与以往其它分析结果相矛盾。 基因位点的谱系重排和植物的杂交、多倍化事件作为引起系统关系结果冲突的两大原因是可以区分的。 如前所述 , 谱系重排是后代对基因位点的随机保留引起的 , 具有偶然性。 而杂交及多倍化事件是植物进化过程中固有的。 因此如果基于多种独立的核基因的系统树中 , 某些分类群其冲突的系统关系是一致的 , 则说明这些植物分类群存在杂交或异源多倍化的进化历史 , 反之则可能是 基因位点的谱系重排引起的。 系统关系无法得到解决 基于 DNA序列信息所构建的系统树可能存在分支不理想及支持率低 , 主要表现为多叉分支 poly2tomy (呈现为灌木丛状 bush) 或短枝 ( short branch) , 从而无法达到解决系统关系的初衷。 主要原因如下 : (1) 序列数据不足或序列 “噪音 ”的影响。 即选用的 DNA片段在所研究的植物分类群中分化度过低 , 或数据中因存在较多的非信息位点 (如重组子的存在 ) , 可以相应的通过增加植物分类群样本、选用较快进化速率的 DNA片段及排除重组子并 采用最适宜的核苷酸替代模型进行计算得到改善。 (2) 植物的快速分化 ( rap id diversification) 和网状进化等复杂进化史的影响。 有时足够的序列数据可能依然无法得到理想的系统树分支 , 主要表现为某些分类群在系统树上始终为短枝 , 其枝长为 0或接近 0, 暗示了组成短枝的植物存在快速分化 ( rap id radiation, 也称适应性辐射进化 ) , 即这些植物种在较短时间内从祖先中分化出 , 在分子上的变异较小 , DNA序列上表现为同一核苷酸位点较第一章 引 言 11 短时间内可能经历了多次突变 , 因此即使应用足够 的 DNA数据都无法解决其间的系统关系。 适应性辐射进化现象广泛存在于动植物的进化中。 如基于多种 DNA序列的研究发现蔷薇科苹果亚科的各分类群经历了早期快速分化 , 表现为系统树上的短枝。 理论上 , 为了解决快速进化植物分类群间的系统进化问题必须选用在分化当时进化速率同样较快的分子片段 , 但寻找这样的片段比较困难。 也有学者建议结合传统的形态学指标来解决。 杂交被认为是引起物种快速分化的一个重要原因 , 因此快速进化通常伴随着频繁的杂交 , 使得重建系统发育困难 , 目前仍是系统进化研究中的难点。 虽然序列 “噪音 ” (主要是 重组子的干扰 ) 和植物的快速进化都会引起相似的短枝 , 但可以通过检验加以区分。 Erixon和 Oxelman (2020) 通过比较随机分割序列及邻接分区两种模式所构建系统树的支持率来判断引起短枝的原因。 如果随机分割所获得的支持率高于邻接分区则意味着这些分类群存在快速辐射进化历史 , 反之则是重组子对系统树的干扰。 另外 , 当发现一些分化时间并不很短的类群在系统树上表现短枝及多叉分支时 , 到底需要多少序列信息来解决其间的关系成为目前的讨论热点。 也有研究表明应用 AFLP标记反而可以解决 nDNA和cpDNA序列难于澄 清的系统关系问题综上所述 , 当基于 DNA序列所构建的系统树因支持率低或存在冲突而并不能解决系统关系时 ,应对序列数据进行全面的分析 , 包括对谱系重排、基源 /种源拷贝、重组子和假基因拷的检验和判断 , 并结合已知的植物遗传背景或进化史 , 采取相应的有效措施进行改善 , 才能正确地揭示分类群内的系统关系、推断植物分化过程中经历的复杂进化史。 DNA 条形码 DNA条形码的概念是由 Hebert等 (2020)提出的。 它是利用一个或几个标准的DNA片段实现对物种快速、准确的鉴定 , 还是一种有效识别隐存种的方法。 一 个理想的 DNA条形码 , 必须在不同研究类群中具有通用性、适当的序列长度、直接测序即可获得高质量的序列、有良好的物种分辨能力等特性。 利用 DNA条形码技术有望实现对物种的快速自动鉴定 , 从而克服传统分类学研究方法的诸多缺陷 , 例如 : (1) 对各种形态特征齐全的标本的依赖 , 对于被第一章 引 言 12 子植物来说 , 根据缺少花果的标本 , 是很难正确鉴定种的。 (2) 对分类学专家的依赖 , 分类学专家往往需要经过多年的培养才能擅长于某一门类 , 而当前人类对生物资源利用的范围和强度均日益加大 , 相比之下传统分类学专家队伍却急剧缩减。 因 此 , DNA条形码概念在 2020年一经提出 , 就得到了科技界和社会的积极响应。 国内外一些科学家对条形码技术都采取了一定的研究和介绍。 就整体而言 , 在植物类群中条形码的研究和应用尚处于探索阶段 , 稍落后于对动物类群的研究。 主要表现在以下几个方面。 (1) 植物 DNA条形码的选择及其评价仍没有统一的标准。 在生命条形码概念提出之初 ,生物学家希望能找到一个基因或者一小段 DNA序列就。