15种天门冬属植物系统演化研究.pdf

摘要

天门冬属（Asparagus）植物隶属于百合亚纲（Liliidae）天门冬目（Asparagales）天

门冬科（Asparagaceae），广泛分布于全球各地，全属约300余种，我国分布的有31种，

其中包括一些具有重要食用、药用或观赏价值的植物，如芦笋（A.officinalis）、长刺天

门冬（A.racemosus）和文竹（A.setaceus）等。其次，天门冬属植物中既包括有雌雄同

株种也包含有雌雄异株种，因此也是研究植物性别决定机制及性染色体演化的模式属之

一。但是，由于天门冬属植物的系统演化关系研究仍不系统，尤其是国内该属物种多以

地名命名，种的鉴定也不够准确，这些因素极大限制了该属植物的基础及应用研究。因

此，本研究分别从形态学、细胞学和分子系统发育学对15种天门冬属物种的系统发育

关系进行较为系统的研究，为该属植物的资源保护和利用提供重要的参考资料。主要研

究结果如下：

1.对15种天门冬属植物从根、茎、叶和花器官层面进行了形态学观察。结果表明，

15种天门冬属植物中有3种植物的根属于纺锤形贮藏根，包括非洲天门冬（A.

densiflorus）、长刺天门冬和盐源天门冬（A.yanyuanensis）；其余17种植物的根是须

根系；从叶形来看，文竹、四川天门冬（A.sichuanicus）和南玉带（A.oligoclonos）等

17种植物为针形叶，非洲天门冬为扁宽的柳叶形叶，长刺天门冬和盐源天门冬为略弯曲

的新月形叶；15种植物的叶均为簇生，每簇2-15枚叶片不等；非洲天门冬、长刺天门

冬和青海天门冬（A.qinghai）等14种植物茎表面存在条状深浅不一的纵纹，文竹、四

川天门冬和芦笋等6种植物茎表面光滑，非洲天门冬、青海天门冬和南玉带等12种植

物茎表面还存在软骨小齿；花形态分为球形和倒钟形，其中，非洲天门冬和盐源天门冬

花形态为圆球形，而其余物种均为倒钟形。根据性别分为两性花和单性花，雌雄花均有

六枚花被片呈两轮分布，雄花有六枚花丝且着生六枚橙黄色花药，无柱头，子房发育畸

形；雌花无花药着生，柱头伸长且呈三枚合生，子房膨大。

2.结合45SrDNA和5SrDNA序列的荧光原位杂交对8种天门冬属植物的细胞学

分析发现，只有非洲天门冬为六倍体，其余7个物种均为二倍体。核型比较分析发现，

这8个物种的染色体类型均只有中部着丝粒染色体和近中部着丝粒染色体两种。其次，

45SrDNA在染色体上的分布位置和数量具有明显的多态性。兴安天门冬（A.dauricus）

的45SrDNA的信号定均有2对，且定位在相同染色体上。5SrDNA在染色体上的分布

多态性较低，除非洲天门冬的5SrDNA的信号定位在12号、13号和15号3对染色体

上外，其余7个物种的5SrDNA都是只定位于1对染色体上。从位置上来看，45SrDNA

和5SrDNA主要定位于染色体近端或端部位置。显然，核型尤其是45SrDNA和5SrDNA

的分布特征能够作为天门冬属植物物种鉴定及染色体研究的有效指标之一。

3.对15种植物进行重测序，并基于RepeatExplorer平台进行重复序列种类和含量

的比较分析，结果表明，所有物种重复序列总含量范围为36.4%-52.93%。在雌雄同株物

种中，重复序列含量范围为39.20%-47.34%，重复序列含量最高的为长刺天门冬，最低

的为文竹。在雌雄异株物种的雌株基因组中，重复序列含量为38.48%-53.78%，分别为

栽培芦笋和盐源天门冬。雄株基因组的重复序列含量为33.67%-52.08%，分别为海天冬

（A.maritimus）和盐源天门冬。其中，重复序列雌雄差异最大的是兴安天门冬（Hulun

Buir），差值为7%。在这些重复序列中，LTR类反转录转座子是主要组成部分，含量

范围为23.50%-38.27%，其中，Ty3/Gypsy类中亚家族Ogre所占比例是最高的，在各物

种中的含量范围为18.56%-31.01%。整体来看，同种反转录转座子亚家族在不同物种中

总含量分布差异不大，但是也有个别例外，如在长刺天门冬基因组中未发现Ty3/Gypsy

类中亚家族Athila的存在。由此可见，重复序列的类型以及含量在种间是相对保守的。

4.对15种天门冬