基本信息
- 项目名称：
- 基于细胞学和DNA序列的苎麻与其野生近缘类群系统关系研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 中国苎麻属(Boehmeria Jacq.)有植物31种12变种，其中苎麻(B.nivea)是中国及东亚地区的重要纤维植物，已有4700年的栽培历史。不同学者对苎麻属下系统学和种的处理存在争议。栽培苎麻（B.nivea）和其野生变种与哪些亲缘种构成核心种质资源？外围种质包括那些种？居群遗传多样性如何？目前都不清楚。制约了苎麻野生资源的利用和保护。本论文试图从间期核形态、染色体数目、ITS、trnL-F序列等方面，重建苎麻属系统，澄清苎麻与其野生亲缘种质的系统关系，探讨苎麻起源，为苎麻育种及苎麻野生种质资源利用和保护打下基础。
- 详细介绍：
- 苎麻(Boehmeria nivea var. nivea)是中国及东亚地区的重要纤维作物，在中国作为主要的纤维作物有4700年的栽培历史。苎麻属Boehmeria Jacq植物全世界约有120种，主要分布在热带、亚热带，少数在温带，其中亚洲约有75种，美洲有30种，大洋洲和非洲有少数种，中国有31种12变种。迄今，不同学者对属下系统学及种的处理都存在争议，但对该属的系统发育和种间关系的研究甚少。栽培苎麻(B. nivea)与其野生变种及亲缘种构成核心野生种质资源，即苎麻及苎麻三变种和哪些有可能的杂交种，外围种质包括哪些种，苎麻组与其他物种之间的系统关系，目前都不十分清楚，限制了苎麻育种野生资源的利用。本文试图从间期核形态、染色体数目、ITS和trnL-F序列证据，探讨苎麻与其野生亲缘种质的系统关系，为其在育种中进一步应用提供基础。结合形态学、间期核形态、染色体数目及DNA序列证据，我们对苎麻属组间的进化关系进行分析认为，苎麻属植物存在两条基本进化路线，即前染色体型路线A1→A2和分散型路线B→C，而且他们可能共同起源于原始苎麻祖先，其苎麻祖先性状应为：前染色体间期核、雌雄花团伞花序单生，雄蕊五或六基数，具长梗。苎麻属植物的演化趋势是：间期核前染色体型→分散型，二倍体→多倍体，团伞花序→带叶的穗状花序或圆锥花序→不带叶的穗状花序或圆锥花序。
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撰写目的和基本思路
- 栽培苎麻(B. nivea var. nivea)与其野生变种及亲缘种构成核心野生种质资源即苎麻及其三个变种有哪些可能的杂交种？外围种质包括那些种？苎麻组与其他物种之间的系统关系？目前都不十分清楚，限制了苎麻育种野生资源的利用。本文试图从间期核形态、染色体数目、ITS和trnL-F序列证据，探讨苎麻与其野生亲缘种质的系统关系，为在育种中进一步应用提供基础。
科学性、先进性及独特之处
- 本文首次报道中国苎麻属26个类群间期核形态、15个类群的染色体数目、及24个类群的ITS和trnL-F序列。提出了作者的苎麻属植物新进化关系模式，即前染色体型进化路线和分散型进化路线。首次用实验证实苎麻起源于腋球苎麻组，并首次提出苎麻组和大叶苎麻组存在基因杂交渐渗的关系。
应用价值和现实意义
- 弄清了苎麻(B. nivea var. nivea)核心野生种质资源结构，澄清了苎麻与其野生亲缘种质的系统关系，此项目可为苎麻育种及苎麻野生种质资源利用和保护提供基础。
学术论文摘要
- 为了弄清苎麻与野生近缘种的系统学关系，更有效的利用野生苎麻资源，本文以细胞学和分子标记证据，对中国苎麻与其24个野生近缘类群进行了系统学分析。结果表明：(1) 苎麻属间期核形态属于田中分类体系的前染色体型，而其野生亲缘种分别属于前染色体型和分散型；(2) 苎麻和24个野生近缘物种(其中15个类群的染色体数目为首次报道)中，19个为二倍体(2n=28)，而大叶苎麻组3个类群为三倍体(2n=42)，一个为四倍体(2n=56)，一个为五倍体(2n=70)；(3) ITS序列和trnL-F序列分析表明：苎麻属可分成A(含A1和A2亚分支)、B(含B1和B2亚分支)和C三个基本分支。本文提出苎麻属的两条演化路线：(1) 前染色体型进化路线A1→A2，即腋球苎麻组→苎麻组；(2) 分散型进化路线B→C，即腋球苎麻组→帚序苎麻组→序叶苎麻组→大叶苎麻组。
获奖情况
- 已被《作物学报》录用
鉴定结果
- 无
参考文献
- 【1】王文采, 中国苎麻属校订. 云南植物研究, 1981. 3(3): p. 307-328. 【2】张波 and 郑长清, 中国苎麻属组群分类及演化研究. 作物学报, 1998. 24(6): p. 775-781.
同类课题研究水平概述
- 苎麻属自Jacquin根据美洲的Boehmeria ramiflora Jacq. 建立以来，有多位学者对该属进行过研究， Blume在其荨麻科专著中记载了苎麻属74种植物，并根据叶、花序、子房等性状将这74种植物分为6群；Weddell根据团伞花序腋生或组成穗状或圆锥状花序，以及叶互生或对生的性状对苎麻属47种植物进行分类整理；Satake记载了日本及近邻的苎麻属39种植物，将苎麻属分成2个亚属、8个组；王文采将中国苎麻属植物整理为32种11变种，并隶属五个组：1．腋球苎麻组(Sect. Boehmeria)；2．苎麻组(Sect. Tilocnide)；3．帚序苎麻组(Sect. Zollingeriana)；4．序叶苎麻组(Sect. Phyllostachys)；5．大叶苎麻组(Sect. Longispicae)；陈家瑞将中国苎麻属植物整理为25种9变种。迄今，不同学者对属下系统学及种的处理都存在争议，但对该属的系统发育和种间关系的研究甚少。王文采根据叶序、花序、雄花、瘦果等外部形态提出苎麻属五组是以腋球苎麻组为原始中心类群，进而辐射进化形成其它四组，即苎麻组直接来源于腋球苎麻组；张波等对中国苎麻属5组13种的形态学和4组10种的孢粉学进行比较，提出苎麻属各组是以腋球苎麻组为原始类群单线进化至大叶苎麻组再分成苎麻组和序叶苎麻组两个分支，即苎麻组来源于大叶苎麻组。郭安平利用47种RAPD引物对苎麻属15个种19份材料，其中包括苎麻组1种3变种8份材料、腋球苎麻组2个种、序叶苎麻组2个种、帚序苎麻组1个种、大叶苎麻组6个种，进行了基因组指纹图谱构建。将15个种分成5大类，支持王文采的分组观点，提出苎麻属五组间的亲缘关系(图1)，并认为苎麻组内演化关系为：微绿苎麻→ 青叶苎麻→贴毛苎麻→苎麻。 苎麻属植物染色体属小染色体类型，长度约在1-4um，核型分析难度较大。在文献中难以见到非常可靠的染色体核型图片，至今苎麻属中大约只有29个种曾经做过染色体计数，仅占该属植物的1/4，离全面了解苎麻属染色体情况还相差甚远，但由于苎麻染色体的长度太短小，提供的系统学信息有限。 本文首次利用了间期核和ITS和trnL-F序列的证据分析苎麻属的系统学关系，研究手段在目前国内尚属先进，研究水平在作物资源研究领域中达到国内领先水平。
