基本信息
- 项目名称：
- 利用ISSR标记分析杉科主要物种的系统进化关系
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本实验设计合理，方法得当，过程严谨。运用目前较为成熟的ISSR分子标记技术，分析了孑遗植物杉科主要物种之间的系统进化关系，得出较为可靠的实验结果，该实验结果与当前的化石证据具有一定的印证之处，但同时又有自己创新的观点，可以为杉科植物的系统分类提供分子水平的研究佐证，具有一定的科学意义。
- 详细介绍：
- 自Warming于1890年创立杉科以来，许多学者从各方面对杉科的系统进化进行研究，并提出各自的分类系统。当前国内外对杉科植物系统进化和遗传发生的研究，主要是从三个水平上去分析的。一个是植物形态学水平：例如中国科学院植物研究所的傅立国教授和于永福博士，他们利用植物形态学和化石证据来研究分析杉科植物的系统进化关系；还有一个是细胞形态学水平：例如中国植物学会古植物分会副理事长马清温博士，他对杉科植物的表皮结构进行细致的探究，借以推测古环境及杉科植物的系统进化关系；另一个就是核型分析水平，复旦大学的李林初教授一直致力于对杉科植物的核型分析，并根据杉科不同属的核型分析结果讨论了各属的有关分类学问题及相互亲缘关系。还有一些外国学者将这三种研究方法结合起来，从植物形态学，核型分析以及细胞形态学三者综合的角度，系统的探讨杉科植物之间的系统进化关系。 然而，这些分类系统意见不一。由于杉科是早侏罗纪或晚三叠纪起源的，其各种类型很可能在早白垩纪甚至晚侏罗纪就已分化出来。因此，目前缺少相关的化石材料来推断各属间的亲缘关系。本试验中所采用的7个属间的进化顺序在李林初的核型研究中确定为：柳杉属→水松属→落羽杉属→水杉属→北美红杉属→杉木属→台湾杉属。通过比较分析可知，该进化关系与我们的研究结果大致相符。其差别在于：1水松属和水杉属的位置较靠前；2台湾杉属与杉木属的位置恰好相反。尽管本研究中的台湾杉属与杉木属的位置相反，但基本上体现了他们之间的亲缘关系较近。3 北美红杉属和落羽杉属的位置相反。另外，对于水杉属的系统位置一直颇有争议，免疫学和球果发育资料说明水杉属与北美红杉属和巨杉属关系密切；Arnold 根据化石记录推测水杉属很可能与水松属来自共同的祖先类群Paratax-odium；Hida则认为水杉的亲缘与北美红杉属、巨杉属、落羽杉属及水松属接近。本文分支图支持水杉属与水松属近缘的观点，但必须指出，这两属分化较早，它们的区别也是极其显著的，它们的近缘只是相对于其它的现存类群而言。 本文首次利用ISSR分子标记分析了现存杉科主要物种之间的系统进化关系，研究结果可以为杉科的系统分类提供分子水平的研究佐证。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：从分子水平上研究杉科植物系统进化关系，完善杉科分类分子水平相关资料。 基本思路：利用ISSR分子标记方法，生物统计方法及生物信息聚类分析软件，对杉科主要物种的系统进化关系进行分析，得出一定的结果。
科学性、先进性及独特之处
- 本实验通过ISSR-PCR反应体系，利用ISSR引物生物学特性，对引物相关重复序列片段进行PCR扩增，再通过琼脂糖电泳分辨扩增谱带的迁移结果，运用生物统计方法及聚类分析软件处理实验数据，从分子水平上探究杉科植物属种间的进化亲缘关系，相较于现有的植物形态学分类，细胞形态学分类以及核型分类等方法，它不易受环境条件的影响，具有较好的稳定性和精确性。
应用价值和现实意义
- 杉科植物是少数的现存种孑遗植物，研究它的系统进化关系对揭示整个松杉类植物的系统演化、地球物种的变迁和古地理气候的变化均具有重要意义。本实验利用ISSR技术来分析杉科主要物种之间的系统进化关系，得出较为可靠的结果，为杉科植物的系统发生及遗传进化提供分子研究佐证。补充杉科系统进化分子水平的研究空白，具有一定的科学意义。
学术论文摘要
- 自Warming于1890年创立杉科以来，对其分类意见不一。本文利用ISSR分子标记对杉科主要物种系统进化关系进行了分析。遗传相似系数的聚类结果表明，这些属内的各物种总是最先聚在一起。表明ISSR标记可以较为有效地在杉科各属的进化尺度上区分物种间的亲缘关系。本研究所包含的杉科7个属之间的系统进化关系可以描述为：柳杉属→北美红杉属→落羽杉属→台湾杉属→杉木属→水杉属和水松属。 目前尚未见利用分子标记技术对杉科的系统发育研究的相关报道。因此本研究利用ISSR标记分析杉科植物主要种属间的亲缘关系，研究其系统进化关系，为杉科植物的系统发生及遗传进化提供分子研究佐证。
获奖情况
- 本论文投稿于《北京林业大学学报》，目前正在审稿中。
鉴定结果
- 本实验设计合理，过程严谨，实验结果具有一定的学术价值，可以为杉科植物的系统分类提供分子水平的研究佐证，具有一定的科学意义。
参考文献
- 本文主要包含的技术有:1.ISSR分子标记技术；2.PCR扩增技术；3.琼脂糖凝胶电泳技术。相关技术文献如下： 1.王建波．ISSR分子标记及其在植物遗传学研究中的应用．遗传2002，24（5）：613-616 2.南景一 杨 春.PCR技术极其应用.空军医高专学报 1994，24（3）65-68 3.王霞 王烨 李琳琳 李桂荣 谢自敬. 琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶电泳检测肠道菌群基因扩增产物的方法学比较研究 新疆医学 2008，24（5）
同类课题研究水平概述
- 当前国内外对杉科植物系统进化和遗传发生的研究，主要是从三个水平上去分析的。一个是植物形态学水平：比如中国科学院植物研究所的傅立国教授和于永福博士，他们利用植物形态学和化石证据来研究分析杉科植物的系统进化关系；还有一个是细胞形态学水平：比如中国植物学会古植物分会副理事长马清温博士，他对杉科植物的表皮结构进行细致的探究，借以推测古环境及杉科植物的系统进化关系；另一个就是核型分析水平，复旦大学的李林初教授一致致力于对杉科植物的核型分析，并根据杉科不同属的核型分析结果讨论了各属的有关分类学问题及相互亲缘关系。本试验中所采用的7个属间的进化顺序在李林初的核型研究中确定为：柳杉属→水松属→落羽杉属→水杉属→北美红杉属→杉木属→台湾杉属。通过比较分析可知，该进化关系与我们的研究结果大致相符。其差别在于：1水松属和水杉属的位置较靠前；2台湾杉属与杉木属的位置恰好相反。尽管本研究中的台湾杉属与杉木属的位置相反，但基本上体现了他们之间的亲缘关系较近。还有一些国外学者将这三种研究方法结合起来，从植物形态学，核型分析以及细胞形态学三者综合的角度，系统的探讨杉科植物之间的系统进化关系。 以上几种研究方法都是分析植物系统进化必不可少的研究手段，然而杉科植物起源古老，演化历史悠久，几经变迁，保留到现在的类群多为单种属或包含2-3个种的寡型属，由于杉科植物各属形态特征变异幅度较大，仅从形态学去分析，很难下准确的定论。尽管目前已有三个角度的研究方法，但是还是未能明确的对杉科植物进行系统进化分析。 目前尚未见利用分子标记技术对杉科的系统发育研究的相关报道。由于分子标记是遗传物质-DNA差异的直接反应，其多态性不受环境变化影响，因此利用分子标记对杉科的系统进化研究具有科学意义。
