泡桐属植物的系统发育研究

泡桐属植物的系统发育研究

泡桐(Paulownia Sieb.et Zucc)为玄参科唯一落叶乔木,其自然分布区和栽培区覆盖我国各个地区,是一种重要的优质速生树材经济林木。由于泡桐多为异花授粉,均可通过种间杂交并产生可育后代,而且可以通过无性繁殖,形成和保留过渡类型,经过漫长的种间杂交和反复回交与自然选择,各个种的基因与基因组合,渗入杂交,使得泡桐属在植物学分类上属于困难属。

传统意义上的形态学利用表型的重点差异结构将泡桐属归入玄参科或紫葳科,而随后发展的花粉形态学在对花粉形态的比对中发现显著差异而将泡桐属归入玄参科中,但人们对泡桐属及其近缘属之间的进化关系及其种间进化关系尚未进行相关报道。本实验通过对叶绿体基因组psb E-pet L、trn D-trn T两条序列及其联合序列数据集处理,旨在通过对泡桐属植物种内及与其相近科属的系统发育学分析,阐明属内进化关系及系统学地位,为泡桐属归科问题提供依据,同时也为更有效的收集种质资源和选育良种提供参考依据。

主要实验结果如下:(1)提取植物基因组DNA并检测DNA的浓度与质量。通过对改良CTAB法和尿素法的比对和综合考虑,最终选择能提取出质量较好,适合基因组扩增需求的改良的CTAB法。

(2)本次研究通过优化PCR反应体系,建立适合泡桐属植物及其近缘科植物的体系,即含12.5μLTap PCR Master Mix、50 ng DNA,各0.40 mmol·L-1正反引物,补充dd H2O至25μL的体系。通过改良PCR扩增条件,筛选出适量的DNA 模板、引物浓度、退火温度,使扩增产物测序完整。

通过从10对叶绿体基因组序列中筛选基因比对差异明显2对引物序列:psb E-pet L、trn D-trn T,并利用相应软件具体分析序列构建系统发育树。(3)通过

构建模型得出泡桐属及其近缘科的遗传距离,得出的结论如下:白花泡桐、毛泡桐和川泡桐之间的遗传距离较大,兰考泡桐、楸叶泡桐、南方泡桐和山明泡桐之间的遗传距离较小,且这些结果符合形态学上的研究。

(4)通过2对引物序列及序列合并数据集构建的系统发育树表明,泡桐属植物均以100%的自展支持率聚为一支,外围群紫葳属和毛地黄属聚为一支,在分子水平上证明泡桐与紫葳科的梓树、楸树和毛地黄属之间均有显著差异。3个数据集的比较说明trn D-trn T序列中简约信息位点比例最高,变异比例也是最高。

构建的3个进化树中南方泡桐与台湾泡桐、毛泡桐与山明泡桐、兰考泡桐与白花兰考泡桐总聚为一支,表示它们之间各自独立进化。