分子生物学在苔藓植物分类学中的应用

分子生物学在苔藓植物分类学中的应用【摘要】本文在苔藓植物分子生物学基础上，总结了近年来苔藓植物在分子系统、分子遗传以及物种鉴定的研究进展，并对分子生物学技术做出说明。

【关键词】苔藓植物；分子生物学；dna序列

苔藓是目前存在于地球表面较为低等的一种植物且分布广泛，被人们所认识的苔藓植物约有2万多种[1]。苔藓植物作为一种耐干旱盐碱胁迫的植物常常被用来荒漠治理中的先锋植物[2]，随着科学技术的日益发展，分子生物学技术也逐渐发展到苔藓植物的研究中。但是由于苔藓不像其他植物试验样品容易且可持续获得，对苔藓植物分类学的研究一直处于形态学方面，在分子及生理生化角度来研究苔藓植物的进展则较为缓慢[3，4]。关于苔藓植物分子生物学的研究主要集中在分子系统学、分子遗传、物种的分类鉴定以及资源的拓展及创新方面。

1.苔藓植物分子系统学的研究

苔藓植物的起源和演化在植物界中一直存在着一定的争议，特别是传统分类学在苔藓植物上的界定[5]，分子系统学的逐步发展成为苔藓分类新的道路。常用在苔藓分子系统上的研究手段主要有：随机扩增多态性dna（rapd）、限制性片段长度多态性（rflp）、扩增片段长度多态性（aflp）、序列特征扩增区域（scar）、微卫星（ssr）、dna序列测定以及同工酶分析技术[6]。苔藓植物在分子水平上进行系统的研究起始于90年代初，对于植物分子系统学水平

的研究大多起始于植物dna序列，而苔藓植物在当时缺少dna序列的研究[7，8]。直到1995年以后，关于苔藓植物分子dna序列发展至1000个，包含250个类别[9]。

苔藓植物dna探索是从叶绿体基因组、线粒体基因组以及核糖体基因组开始进行的。叶绿体基因组中，已经较成熟运用的基因片段为rbcl、trnl-f、rps4、trnl-trnf等，nad5、nad1、trns和18s、its2等分别为线粒体和核糖体基因片段较为常用检测基因[10]。1999年，beckert对苔藓植物门进行了大系统进化的分析，分析了47种苔藓植物中nad5基因内含子，研究结果支持将hypnanae与dictananae亚纲重组[11]。2009年，miwa在蛇苔属（conocephalum）对于环境的适应并且随之进化能力的研究中，将小蛇苔（conocephalum japonicum （thumb.） grolle）样本中的rbcl基因扩增并测序，比对后结合其他结论，说明了小蛇苔中发现了三种不同类型的rbcl基因，认为可将其作为系统进化和物种鉴定的重要手段[12]。2010年，kathrin feldberg通过对rbcl， psba，trnl-trnf region， atpb-rbcl spacer， nrits1-5.8s-its2标记基因在108个隐葫苔科新增成员的分析研究，研究结果支持将隐葫苔科分为adelanthoideae 和jamesonielloideae两个亚科，亚科adelanthoideae包括adelanthus属、pseudomarsupidium属、及wettsteinia属，然而分子数据并不支持现代形态学体系对于jamesonielloideae的划分，基于分子系统进化结果分析，feldberg 提出了jamesonielloideae包括了在五个主要的进化枝中具有代表

性的anomacaulis属、cryptochila属、cuspidatula属、jamesoniella属和syzygiella属[13]。细鳞苔科（lejeuneaceae）是苔类植物中的大科，它囊括了约90属，1000余种，wilson利用134个细鳞苔科样品中的四种标记基因rbcl、psba、源自cpdna的trnl-trnf以及nrits，运用最大似然贝叶斯分析法（即最大简约法）进行分析，分析数据支持将细鳞苔科分为两个亚科ptychanthoideae亚科和lejeuneoidea e亚科，而把lejeuneoideae 亚科又分为lejeuneeae属、brachiolejeuneeae属和symbiezidium 属，然而根据形态分类并不符合以上lejeuneoideae的分类，故需要更多实验进一步验证[14]。

2.苔藓植物分子遗传学多样性的研究

对于苔藓植物遗传多样性的研究从开始的形态学水平到细胞学水平，逐渐发展到现在的分子水平。分子水平研究遗传多样性分为生化和dna水平，生化水平多使用酶学研究方法，利用同工酶或者等位酶方法。近年来，分子水平上对于苔藓植物遗传研究一般运用分子标记法，常用手段包括rapd、ssr、aflp、srap等。张安世等对11种苔藓植物的亲缘关系做了rapd和srap的分析，结果显示rapd多态性比率为100%，srap多态性比率为96.9%，对数据进行average linkage法建立聚类树状图分析表示，两种方式均可将11种苔藓分为3类且牛角藓单独一类，与形态学分类一致，但是在3类中具体划分归属科以上单位rapd、srap和形态学分类存在差异，此外，rapd与srap在对大叶凤尾藓和小牛舌藓全缘亚种的划分上

也存在差异[15]。墙藓（tortula muralis）是一个世界性分布的苔藓种类，werner依据对49个墙藓新成员中叶绿体rps4基因序列数据分析后，表示18.53%序列符合区域间差异，81.43%认为是区域内差异，只有在日本区域内采集样本完全区别于其他区域，通过生物地理学系统发生分析表明，墙藓可能是一个并系，不确定的是墙藓中不同的进化枝是继续进化还是一个隐藏物种的典例[16].李晶采取20种东北地区的藓类植物对其进行rapd分析，遗传多态性约占96.34%，同时利用数据分析建立upgma聚类图，结果显示遗传相似性系数为0.27可将样品分为泥炭藓类和真藓类；遗传相似性系数为0.42则可将样品分为四类，而聚类图的分类情况与苔藓植物经典分类系统表示结果一致[17].2002年，skotnicki对黄瓜丝藓（pohlia nutans）中核糖体rna18s-26s its进行rapd研究，研究结果表示黄瓜丝藓像梨蒴曲柄藓（campylopus pyriformis）一样，表现出低遗传多样性[18]。魏海英等对采用邻接法和最大似然法对中国羽藓科12属25种植物rbcl和rps4建立了系统树，并结合dna序列分析和形态学特征分析支持将牛舌藓科独立成科，山羽藓属归为羽藓亚科，不支持沼羽藓亚科独立成科[19]。

3. dna条形码技术在苔藓植物物种鉴定的应用

苔藓植物分子水平的物种鉴定主要应用dna条形码技术。dna条形码技术主要是从样本材料基因组dna中扩增适合的目的基因并且基因片段纯化后进行测序，提交到genbank方便物种的鉴定和分类[20].本项技术在动物中已经得以使用并获得成效，少数高等植物