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一．叶绿体DNA（cpDNA）研究与植物系统学

1.分子系统学研究中常用的标记

分子生物学技术的发展为植物育种提供了一种基于DNA变异的

新型遗传标记——DNA分子标记，或简称分子标记。与传统应用的

常规遗传标记相比，分子标记具有许多明显的优点，因而已被广泛应

用于现代作物遗传育种研究的各个方面，大量以前无法进行的研究目

前利用分子标记手段正蓬勃开展，并取得丰硕的成果。尤其是当分子

标记技术走出实验室与常规育种紧密结合后，正在为植物的系统学研

究带来一场新的变革。

目前用于植物系统进化、遗传多样性以及植物地理学研究的分子

标记和方法有多种。总体来看可以分为4类，即:（1）蛋白质标记；

（2）DNA序列分析；（3）DNA指纹分析；（4）DNA构象变化与SSCP

[1]

分析。

DNA序列可以直接反映物种的基因型，并记录进化过程中发生

的每一个变化，含有极为丰富的进化信息。依据DNA序列上的差异

来比较植物的亲缘和演化关系，可以为植物系统与进化研究提供最直

接的证据。当前用于研究的DNA序列主要分为两大类:叶绿体基因组

（ChloroplastDNA，cpDNA）和核基因组（nuclearDNA，nDNA）

本文采用的是叶绿体DNA（cpDNA）序列分析，故在此主要接

介绍cpDNA序列分析。

2.cpDNA

叶绿体基因组（cpDNA）占植物总基因组DNA的10-20%，为

双链闭环结构，一般为120-220kb（多在120-160kb之间），被2个长

约22-25kb的反向重复序列（IR）分成大拷贝区（LSc）和小两个单

拷贝区（SSC）。

在过去二十年里，.植物系统学家们依据叶绿体DNA序列进行

[2]

了大量的系统发育分析。因为cpDNA具有一下优势：第一，叶绿

体基因组在植物细胞中虽为多拷贝，但其序列都是一样的，便于操作

[3]

;第二，叶绿体基因组是单亲遗传的，不存在核基因中出现的基因重

组等问题；第三，由于叶绿体基因组序列的保守性，扩增叶绿体片段

的引物是通用的；第四，非编码区的叶绿体DNA具有更多的信息位

点，且测序的工作量不大，更适合于低等级类群的系统发育研究。尽

管叶绿体基因在系统发育研究中有众多优点，但仍然存在不少缺点限

[4]

制其使用首先，相对缓慢的进化速率使得叶绿体基因序列在系统发

育研究应用中局限于较高等级的类群；其次，由于是单亲遗传（在被

子植物中是母系遗传），叶绿体DNA序列只能够推断杂交物种形成

中的母系来源，比较适合于低等级类群的系统发育研究。如Araujol

等（2003）利用2个叶绿体片段研究柑橘亚科12个属的系统进化关

[5]

系。Makarevitch等〔2003）使用cpDNA（trnL和trnL-trnF基因间

隔区）和RAPDs对22种俄罗斯莺尾进行研究，认为其中16个种来

[6]

自亚属Subgen.Limniris下亚组sect.Limniri。

目前常用的片段有两种类型，即叶绿体基因的编码区和非编码

区。由于进化速率不同，两种片段分别用于解决不同的系统学问题。

2.1.cpDNA编码区基因

1）rbcL

rbeL基因编码1，5—二磷酸核酮羧化酶/氧化酶大亚基，该酶催

化光合作用中CO的固定，由于该酶的重要性使成为研究的重点对

2

象。rbcL基因在不同植物类群中的进化速率有着较大的差异，总体来

说是比较保守的，主要用于远缘属间及科或科以上水平的系统重建。

由于rbcL基因的结构、功能、进化速率特点，使其已经成为植物分

子系统学较高等级间的关系研究中应用最普遍的基因之一。

[7]

Chase（l993）利用rbcL基因