植物分子进化研究方法的研究进展
摘要:随着时间的推移,植物逐步演化成现在的多种多样,出于好奇,人们不断对植物的演化进行探究。本文综述了植物分子进化的一些研究方法,包括同工酶分析、染色体分析、核酸水平的分析,以及系统发育基因组学,以期能更进一步地把握植物的演化历史。
关键词:同工酶分析、染色体分析、核酸水平的分析,系统发育基因组学
自然界的植物经过了几十亿年的发展演化,表现出了极度的多样性。植物的高度多样性虽然令人困惑,但是也由此驱动了人们的好奇心,促使人们这么多年来一直不断的深入探究。探究植物的起源、进化、地理分布和亲缘关系等的方式方法有很多种,包括植物的形态特征分析等,但是由于某一些植物的形态特征较难完整全面地描述某一大类植物的起源及其进化过程,而且某一些植物的化石标本存在不完全或者根本不存在,那么就更无法对其进行详细的描述,比如山油柑属或者其近亲属就没有化石标本[1],仅仅只从形态特征这一方面进行描述是不完整不全面的。另外,布里斯托大学等一些研究机构的科学家们发表了一篇刊登在《美国国家科学院院刊》上的论文,这篇论文表示:非常完整且过于分散的化石记录不适合成为追溯陆地植物的起源的研究方法,因此,对比现有物种之间的基因的差异改用“分子钟”的方法来进行。报道还说,该研究所使用的“分子钟”方法是在达尔文所设想的进化基础上,对比不同物种的遗传物质,进而来推测物种的演化时间。所以,在植物分子进化的研究中,为了能进一步揭示植物的真实本质,我们一般在分子水平上进行研究[2]。
1.同工酶分析
同工酶是指能够催化相同的反应但结构和理化性质不同的一组酶,它们普遍存在于生物体中[3,4,5]。植物在遗传上已确定的同工酶有alpha;-淀粉酶、beta;-淀粉酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、酯酶、肽链内切酶等10多种[4,5,6]。目前研究同工酶的最主要方式是同工酶凝胶电泳技术[7],比如,淀粉凝胶电泳法、聚丙烯酰胺凝胶电泳、等点聚焦、双向电泳[8],然后分析同工酶谱的遗传规律,从中筛选出符合规律的谱带,并确定编码它们的位点和等位基因,再分析物种间的亲缘关系[2]。
同工酶分析的应用较广,尤其在探究物种起源、地理分布、亲缘关系、进化程度以及分类比较等方面更为突出[5]。李帮同[9]采用同功酶分析技术分析关帝山三道川油松天然林5个不同地点的油松优良林分同功酶位点上的变异总量在林分间和群体内的分布情况,并对林分变异做了基因多样度分析,结果揭示了这一地区的油松种群分化不明显但是个体分化显著的规律,为人们在油松良种基地进行建设、修复和管理提供了一定的科学依据。李珍[10]采用聚丙烯凝胶电泳技术对内蒙古不同地区的7种荞麦的过氧化物酶活性进行分析,结果表明这7种荞麦总共有4条酶带,它们的迁移率基本都在0.18~0.38之间,另外,同工酶谱也表明乌盟2号这一种荞麦与其他六种荞麦的亲缘关系比较远,而其他六种荞麦之间的亲缘关系比较近。由此可以看出,同工酶分析是一种很好的研究植物分子进化的方式。
2.染色体分析
染色体分析分为核型分析和带型分析。因为染色体是基因的载体,所以实际上核型就代表了种属的特征[5]。核型分析主要是对染色体数目和形态的分析,并对它们分组、配对、编号;而带型分析是使植物有丝分裂中期的染色体显带,对染色体组和单个染色体的鉴别更加清晰。某些植物没有办法进行核型分析,因为普通的染色体制片不易精确识别和区分不同物种的各个染色体,然而随着带型分析技术的出现和发展,在一定程度上弥补了核型分析的不足[5] ,能更加深入地研究染色体的结构和功能。
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