云杉属细胞器基因组和核基因组的系统进化

Monophyly of the genus Picea has long been commonly accepted, but the subdivision of genus into subgenera, section and series is greatly debated ,and most systems of classification were formulated on few. We study respectively genes phylogeny of organelle and nuclear genomes in spruce, in order to privod base in theory for geographic origin ,phylogeny and migrant hisroty of the genus Picea. By searching 7 chloroplast genes as matk, rbcl, atpA, chlB, pbsC, trnT-trnf and trnC-trnD NCBI database and 2 mitochondrion genes as nad1 and nad5, and sequencing 6-8 nucleus genes, we will find phylogenic rule of gene from three genomes in different genetic approach. Then, we will analyse contrastively phylogeny in three genomes, in order to study phylogeny of DNA level in spruce. Moreover, we look matK as molecular clock, combining three genomes phylogeny and fossil , to discuss origin time, origin place as well as migrant history among three continents.

云杉属是单系类群的观点已得到学术界的普遍承认，但对亚属、组和种的划分，还存在很多争议，对其起源和进化历史也有多种假说。本研究通过对细胞器基因组和核基因组基因的进化，来阐述云杉属的地理起源、系统进化及其迁移历史。通过搜索NCBI数据库的7个叶绿体基因matk、rbcl、atpA、chlB、pbsC、trnT-trnf和trnC-trnD和2个线粒体基因nad1和nad5，并克隆测序核基因组6-8个基因，来研究云杉属3个不同遗传途径的基因组基因的进化规律，并将三个基因组的序列进行对比分析，揭示云杉属DNA水平的系统进化。将matK基因作为分子钟，结合DNA序列的系统进化以及化石资料，来探讨云杉属起源的时间和地点，以及在三个大陆间的迁移历史。

云杉属是一个单系类群的判定得到了学术界广泛的认同，这在很早就被普遍接受,但对将属划分成亚属、树种组和系的划分还存在很大的争议，主要问题是分类标准并不明确。本研究根据cpDNA和mtDNA序列，分别研究了云杉属的系统与进化关系和地理起源，为本属的分类提供DNA水平上的依据。. 通过父系遗传的叶绿体6个序列matK、rbcl、trnT-trnF、atpA、chlB和pbsC，以及母系遗传的线粒体nad5和nad7序列研究了云杉属32个种共160个个体的系统进化和TCS中间连接网络，结果显示：叶绿体DNA序列与线粒体DNA，以及6个叶绿体DNA序列之间均经历了不一致的遗传进化历程。在6个叶绿体DNA序列中，4个多态性较高的序列matK、rbcl、trnT-trnF和chlB的系统进化相似，都是北美洲的西加云杉处于进化分支的基部位置，而2个多态性较低的序列atpA和pbsC的系统进化是亚洲的日本云杉处于进化分支的基部位置；6个cpDNA的联合序列，检测到34个叶绿体单倍型，在构建的最大似然（ML）进化树中北美洲的西加云杉处于进化分支的基部位置，其它的云杉属又可进一步分割成三个进化分支。在2个线粒体的联合序列中检测到9类线粒体单倍型（A~I），线粒体单倍型A处于进化分支的中心位置，是云杉属线粒体的祖先类型，其树种包括亚洲云杉属的9个种和一个欧洲种源的欧洲云杉，它分4条路径进化，其他8类单倍型都是它的派生物。. 通过cpDNA、mtDNA以及化石资料探讨云杉属的地理起源，结果显示云杉属起源于亚洲的侏罗-早白垩纪，它在三个大陆间进行了多次迁移，其中我们可推测两次独立迁移事件的过程和时间。第一次，它的迁移路线是由亚洲到达北美洲；时间可能发生在早白垩纪时期。第二次，它的迁移路线是由北美洲回迁到亚洲，再由亚洲向欧洲迁移，时间可能发生在第三世纪的中期。