全 文 ：中山大学学报 ( 自然科学版 )
第 23卷 第 2 期
19 9 3年
A C T A S C I E N T I人 R U M N A T U R人 L I U M V o l
U N I V E R S I T A T I S S U N Y A T S E N I
。
32
1 99 3
抽 。 2
买 麻藤 植 物 系统 位置初 探
分子生物学的证据 *
施苏华 张宏达
(中山 大学生物 学系 )
屁 良鸽 余小 强
(中山 大学生物工程研究中心 )
摘 要 小叶买麻藤 ( G。 e *“ m p a r v i f o l i。 。 C . Y . C h。 n g )的大分子 r R N A S ’ 端 1 55个核
普酸序列已被准确测定 . 与 4种裸子植物、 5 种被子植物及 1 种绿藻的同源序列比较分析所
构建的种子植物系统树图表明 : 买麻藤类的系统位置比较特殊 , 其与裸子植物关系较密切 ,
但是它们也有可能与裸子植物和被子植物形成三支并列的关系 .
关健词 买麻藤 , 序列分析 , 大分子 r R N A
买麻藤是一小群形态结构特殊 、 系统位置孤立的种子植物 . 买麻藤植物泡子体的与
众不同的器官学和解剖学 , 以及生殖周期的许多特征 , 一个多世纪以来吸引了许多植物
学家们的注意 , 并已做了大量的工作 〔` ~ “ 〕。 由于还没有确切的化石记 录 , 人们只能根
据其形态解剖等表形特征来研究这一群孤立的植物 , 而买麻藤的形态解剖结构又是 整个
种子植物中最为特殊的类型 . M u h a m m ad 〔“ 〕指出 : “ 与大多数分类群相比 , 买麻 藤属
似乎是原始性状和进步性状的一个组合舞台 . ” 因此关于买麻藤的系统位置长期以来存
在着争议 . 本文报道了小叶买 麻藤 L 卜 r R N A S 了端两 个保守区 1 8 个核昔酸序列 , 并与
部分裸子植物和被子植物的同源序列进行比较分析 , 对买麻藤植物的系统位置从分子水
平上进行 了初步的探讨 。
1 材料与方法
小叶买麻藤 、 G n e i u m Pa , v i f o l i u m C . Y . C h e n g 树叶采自中山大学 校园 . 行 一 “ Z P )
A T P购自北京福瑞公司 , T 4 噬菌体多核昔酸激酶和逆转录酶购自华美公司 。
1
。
1 大分子 r R N A的制备 〔4 〕
新 鲜 买 麻 藤 树 叶用 研钵研磨 成粉末 , 以适 当体积 〔30 m l / 2 9树叶〕抽提 缓冲液
( i o o m m o l / L T
r i s
一
H C I
, p H s
.
o ; s o m m o l / L
,
E D T A
,
p H s
.
o , s o o m m o l / L N
a C I ;
1 0 m m o l / L统基 乙醇 )和 S D S (终浓 1肠 )以及醋酸钾浓液 〔终浓 z m o l / L〕 抽 提 , 1 2 0 0 o r p m
高速离心 20 m沁取水相 , 以 。 . 6倍 ( V / V )异丙醇沉淀核酸 . 再以氯化锉 (终浓 Zm ol / L )沉
淀大分子 R N A , 以 2 . 5倍 ( V / V )无水 乙醇沉淀 R N A , 一 20 ℃冰箱保存待用 .
丫
本文 19 9 2年 9 月 7 日收到
· 国家自然科学基金资助项 目
中山大学学报 (自然科学版 )第 2 3卷
1
。
2r RN A序列侧定
测序用 DN A引物 l Da和 l De对应于水稻 Oa, z a s a ri v a L . 2 5 5 , R N A S尹端第 5 0~ 1 0 6
和 3 70 ~ 392 两段序列 〔6〕 . 引物以 (丫一 3念p ) 标记并以逆转录 酶延伸 , 在双脱氧核昔 酸的存
在下 , 直接测定 r R N A序列 〔. 〕 .
1
。
3 序列比较及系统树的绘制
将已测得的小叶买麻藤2 5 5 r R N A S 尹 端部分序列与裸子植物苏铁C , c a s : e o o l u ta
T h u n b
。 , 银杏 G i , k夕 0 bi OI b a L . , 水松 G ly P to s t r o b u s Pe n s i l i s ( S t a u n t . ) K o e h , 海南粗桃
C e Ph a l o t a x u s 人a i n a n o n s i s L i 〔` ’ 5〕, 被子植物西红柿 L , c o Pe r s i c u m e s c u l e n tu m M i l l . 〔, 〕 ,
烟草 N i c o ti a n a ta b a c u m L . , 十字花 科云 苔属一种 B r a s s i e a n a p u s L . , 玉米Z ae 二 a , s
L
. 〔. 〕 , 水稻 〔“ 〕及一种绿藻 P g : a二 im o , a s p a r k e a e 〔. 〕的同源序列进行排列和比较分析 , 以
K i m ur a 公式 〔 ’ “ 〕校正核昔酸差异数 , 并以简单成聚法 ( U P G M A ) 〔2 ` 〕构建 r R N A 系统树 。
2 结果与讨论
小叶买麻藤 L卜 r R N A S了端 D la 区和 D l。区 18 个核昔酸序列 已被准确 测定 , 将其与
4 种裸子植物和 5 种被子植物以及一种绿藻 的同源序列进行比较分析 , 结果见图 1 、 2 。
比较所得差异矩阵列于表 l 。 由表 1数据 , 我们得到一个种子植物 r R N A分子系统树图
(图 3 ) 。
祝 , .’ ,1 .l “ . 刀圈山目口 . 口名曰翻明翻山口目侣 公目国曰鸽月困吐“ 到比 峨活凹山曰 翻山曰困公 ` 目日臼反目比
` ,. ” , . 妞 鹅…… ` .- .一一 二魂- 叫目 . . .一一 . -奋 . .一一川 . · - ·一 . ·· - 一“ “ . 恤 ·一 ·一- 卜~ - 脚一心一 . ~一 .- 侧心 .一~ - - 遥 . ·- ,- ·一— ·几 ” ” 几l t . … 卜一么奋` . . . 刃 . 山卜 - .一 . 目心 . 一 .一几一一。,. . l’ . 皿 一刁一一 ~ 峥曰 . ~ 刁` 翻 , - .闷 . - 一 .一嘴 . . ~ 咭 · . . .一 奋- 一~` “ ” 皿…. 盆. -一 卜- - 一卜 川卜 . ~ . 刁一 . . 嘴 .卜~ - 一山·- 一毯 t曲 . . . 卜· .一·一 卜~ . .一斗 拐·一 . ~ ~ 今石- - ` -1 “ I ,. -1 .一 卜一 . . . 卜 月胃- . 刁 .一 . ~ 心 .卜~一咭 .一 .奋 . 一一·一盆 . ” 名.一一 ~ 卜 . . 协叫卜 朋 . - . .一 .一卜一 . ~ 川协 . .一一 卜…… ~. “ “ 拍 乡一 卜 . . 州卜 拐一 . - 一 . , ~ ~ 确一 . . . -牡一 吞. . - -.r 种 .七 . 肠 . ~ .` 卜 . . 咭 , 日卜 . . . 刁 .咭- .一 . 一一咭 . . . ~咭 , 弓. . ·一·图 i 种子植物 2 5 5 r R N A S ’端部分序列 ( D l a区 )排列
x 代表未测出的核普酸序列 , · 表示缺失的核昔酸
( 更正 : “ T . m a i r e i ” 改为 “ C . h a i n a n e n s i s ” , 下同 )
F i g
.
1 S e q u e n e e s a l i g n m e n t s f o r t h e n u e l e o t i d e s o f 2 5 5 r R N A S , t e r m i n a l D l a r e g i o n
f r o位 s e e d P l a n t s . T h e n u e l e o t i d e s t h a t w e d i d n 少 t s e q u e n e e a r e d e n o t e d b y x a n d
d e l e t i o n s a r e d e n o t e d b y
*
( C
o r r e e t i o n :
“
T
。 爪 a 亡r e `” s h o u l d b e “ C . ha i” 。 ” e o s `s ” )
由分子差异矩阵和树图可以看到 , 买麻藤植物在整个种子植物中是非常 特 殊 的一
支 , 它与其余裸子植物及被子植物之间的分 子差异都较大 , 所以 , 有可能与裸子植物和
被子植物共同形成并列的三大分枝 . 但相对来说 , 买麻藤植 物与裸子植物的关系更为密
切一些 。
关于 买麻藤类的系统和亲缘关系方面的研究 , 一百多年来 已有大量的文 献 , 主要围
绕着以下三个问题进行讨论 : ①一些学者根据买麻藤具导管 , 无颈卵器 , 苞片特化成花
瓣状等被子植物的典型特征 , 主张买麻藤是裸子植物和被子植物之间的 “连结环节 ” 或
“ 过渡类型 ” , 并认为被子植物的祖先距买麻藤不远 〔’ 2 〕。 ②多数学者和教科 书将买麻
下 第 2 期 施苏华等 : 买麻藤植物系统位置初探— 分子生物学的证据 57
一WM
óF-ùde…,.- ...…自卜乐一ù-C
口. 了: r 一二f 一1 1 .
之. : . , . “ t .
心. 卜1 1一卜-
公. ,… 盛1 1.了二应r一 i` 二 。 . 1二 t .
瓦 t .卜-二
: , . ,二
t . ,
.
众 二已云, .
,
.
, . , 卜. “
亡瑞以笼叨成
甲 , ` .… …
盆口口沈加口 C`盆` 汪口旧C C口函蝎O以粉 口笛征U山口兀 口口比几姆食 口比叨从幼国 口幽赞目口翔
· · · · · - · · ~ 卜 ·一 · . .一- - ·…石· · · - - - . - -…
- . · … 口· . . · · . · · · · ·一…… n , · · · · · - - ·… 。· , · · 一盯· · · · · · - · · - ……… U· · · · . . . . · - -一
. ~ . · · · - · ·一 U , . · · . . . · · ~ ~二
· · · · - - , · · , 一口- - , · , · ·… …
C
-二奋 · ·一
C…奋 ·…
C
- - - · ~ - - 一
C
· - . … C一… , 一盯.… C · 。 - - , 一 C , . 一 .门 .
盼公胳检肠
… 二二. . . .……
·
O…
. U…· U… . . . . · · . ~ … A. . . . , . · , , -一 . A一口- · - 一 。 . . . 一加 .
` , 一 r , 11一1 1. 山山州龙“ 以 拐玛〔沈沈占 以犯吕 “ 协
C
.
r . , . 扭. t .
` 知玉! 一加.
几 ,一 111-艺 . 五r一压
` .… 压“ . . · ·· · · · ·· · - · · · ·· · · · - · . · ·一一几 . d曰 . . · .…… ` · . . . . . · · . · · ·……几 . 仲 . . · ·· . · · ·· · · · · · ·· · · ··… … ` 一孟 . , . . . · . · . . . .…… ` . · . · …… 咖认 .’ “ , . . 一 - 一- · · ~ 一一一· 一~ , 二护. ,” 肠 . ~ ·一一~ 二~ 一 - 一· ·一· ·一
砚
图 2 种子植物 25 5 r R N A S ’ 端部分序列 ( D l e )区排列
F 19
.
2 S e q u e n e e s a l i g n m e n t s f o r t h e n u e l e o t i d e s o f 2 5 5 r R N A S , t e r m i n a l D
: e
r e g io o
.
( C o r r e e t i o n
: “ T
.
o a ` r e i ” s 五o u l d b e “ C . h a i ” a n e n s i s ” )
表 l 种子植物 2 5 5 一 r R N A S尹端保宁 区 ( D l a + D l e )序列比较
( 表右上方 为不同植物之间的核昔酸差异数 , 表左下方是经过校正的 K n uc 位 )
T a b
。
1 P a i r w i s e c o o p a r i s o n o f 2 5 5 r R N A S ’ t e r o i n a l e o n s e r v e d r e g i o n s ( D i a +
D i e ) s e q u e n e e s f r o m s e e d p l a n t s
.
( T h e n u o b e r s o f n u e l e o t i d e d i f f e r e n e e s b e t w e e n
a l l t h e s p e e i e s a r e s P e e i e s a r e g i v e n i n t h e u p P e r r i g h t h a l f o f t h e t a b l e
, a n d e o r -
r e s p o n d i n g K n u e v a l u e s i n t h e l o w e r l e f t h a l f o f t h e t a b l e )
G
. 口 C . r G . b G 一 p e . h L . e H . t B , n 2 .口 O . s P 一 p
O甘1QURù盛U0. .玉no.1,曰.1,l .`,几O`勺弓二189023651 2 1 6 16
9 1 1 1 1
5 10 10
2 1 1 1 1
1 0 1 0
0
。
05 5 8
0
。
0 55 0
。
0 1 7
0
。
0 66 0
。
0 3 3 0
。
0 27
0
。
0 6 7 0
。
049 0
。
03 9
0
。
0 6 1 0
。
0 44 0
。
0 44
0
。
1 03 0
。
11 1 0
。
1 1 4
1 8 1 7
1 6 1 5
1 4 1 3
1 4 1 3
1 2 1 1
9 8
7 8
1 0 1 1
1
O
。
00 5
0
。
11 . 0
。
110
131061 1
4
玄
C
.
p a r v i f o l i u m 2 3
C
一 r e v o l u t a o
。
07 3
G
一
b i l o b a o
。
0 61 0
。
0 2 1
G
一
P e n s i l i s 0
.
0 73 0
.
05 5
C
,
h a i n a n e n s i s o
。
0 6 7 0
。
0 4 9
L 声 s e u l e n t u 口 0 . 0 9 1 0 . 06 1
N
。
t a ba e u m o
。
09 1 0
.
0 6 1
B
一 n a P u s 0
.
10 3 0
。
0魂9
2
一
m a y s o一 03 0 . 0 9 1
0
. s a t r v a 0
.
10 4 0
.
0 55
P
一
P a r k e a e 0
.
11 0 0
.
1 22
0
。
0 32
0
。
02 7
0
。
0 55
0
。
0 55
0
。
05 5
0
。
0 79
0
。
07 3
0
。
10 3
0
。
0 11
0
。
0 61
0
。
0 6 1
0
。
072
0
。
07 9
0
。
07 3
0
。
10 3
0
。
0 56
O
。
0 61
0
。
12 2
了
藤类隶属于裸子植物门下的一个目或亚纲 , 认为尽 管买麻藤有许 多特征与被子 植物相
似 , 但仍然可以认为是表面现象和平行演化的结果 〔` . 〕 。 ③还有不少学者则主张买 麻藤
类应独立出来 〔’ ` 〕。
从我们获得的分子生物学证据来看 , 买麻藤是一类较为特殊的种子植物 , 它们与所
有其它裸子植物的分歧远远早于苏铁 、 银杏与松杉类之间的分歧 , 即发生在裸子植物与
被子植物分歧之后很短的时期 。 最近 , 我们对大分子 r R N A 基因的分析 表 明 , 买麻藤
植物与其它裸子植物有相似的分子特征 , 而与大多数被子植物有明显的差别 。
下
5 8 中山大学学报 ( 自然科学版 ) 勒 2卷
C
,
r e v o l一 t -
` . 七在】o ` -
口. P e n 一111.
:
`狡 1 . 皿 l r e l“ . p 一。 . r o , . u月
L
.七 s c u t . n t曰
二 t .加 c u .
二朋 UP .
之… y .
0一 t ! , -
护. P一 r k e一 e
卜“ 一一 , ` - , 一~ ~ - , 一一啥一一一一一 1一一一一一一一一一一一一~ 一0 0 7肠 杀 , , . 0 . 0 5 0 0 0 2一 1 12砚n t一e图 8 种子植物 2 5s r 狡N A系统树 ( 1D 。 + lD c区 ) , 用表 1 中的K n o c值和简单成聚法构建 , 2 个物种间的距离仅仅与它们在 x 轴 ( i 2/ K n u c )上的总长度成正比 , Y轴上的距离是任意的F i g . 3 P五了l o g e n e t s。 t r e e 。 f r R N A f r o , : e e d p l a n t s ( D` 。 + D: 。 ) . T五 e t r e e 二 a se o n s t r u e t e d b y u s i n g U P GM A m e t五o d w呈t五 K n u e . v a l u e s o f T a b。 1 In t h i sr e P r e s e n t a t i o n , t h e d i s t a n e e b e t w e e n t w o s P e e i e s 15 P r o p o r t i o n a l t o t h e
s u m o f t h e p r o j e e t i o n s o n t h e X a x i s ( i / 2 K n u 。 ) o f t五e b r a n e il l e n t h e s ,
o n o n 二五i l e t h e Y a x i s a r e a r b i t r a r y . ( C o r r e e t i o 。 : “ T . tn a i r e i ” : 五o o l d
b e
.
C
. 五a i n a n e n s i s ” )
娜
参 考 文 献
1 F o s t e r A s
,
G i f f o r d E M
.
C o m p a r a t i v e M o r p h o l o g y o f y a s c u 1a r p 1a n t s
,
W
H F
r e e m a n a n d C o m P a n y
.
19 7 4
2 M u h a m m a d A F
,
S a t t l e r R
.
A m e r J B o t
,
20 8 2
, 6。 ( 6 ) : 1 0 0`一 1 0 2 1
3 T r o宜t s k v A v 。 r 。 z . J M o一 E v o l , i 。。 z , 32 : 2 5 3一 2 6 1
4 施苏华 , 张宏达 , 余小强 , 屈良鹊 . 中山大学学报 (自然科学版 ) , 1 9 9 2, 3 1 ( 4 ): 6 3~ 67
5 T a k a i w a F e t a z
.
G e n e
,
1 9 55
, 3 7: 2 5 5~ 25 。
6 屈良鹊 , 余小强 , 施苏华 , 张宏达 . 中山大学学报 (自然科学版 ) , 1 991 , 3 。( l) : 71 一 76
7 K i s s T e t a l
.
N u e l e i e A e i d s R e s
,
1 9 8 9
,
1 7
: 7 9 6
8 Q u L
一
H e t a l
.
J M o l E v o l
,
1 98 8 , 29 : 11 3~ 12 4
9 P e r a s s o R e r a l
。
N a t u r e
,
1 98 9
,
3 39 : 1 42~ 14 4
1 0 K i m u r a M
.
J M
o l E v o l
,
1 9 80 , 1 6 : 11 1~ 12 0
1 1 S n e a t h F H A
,
S o k a l R R
.
H u m e r i e a l T a x o n o m 了 . W H F r e e m a n a n d C o m p a n y ,
S a n F r a n e i s e o
。
197 3 : 22 7~ 2 40
i Z T h o m P s o n W P
。
B o t G a z
,
19 25
,
6 5
:
53~ 90
1 3 B e r r i d g e E M
.
N e w P h y t o l , 19 1 1 , 10 : 14 0~ 14 4
1 4 M
a r t e n : P
.
L e s G n e t o p h y t e s ( H a n d b u e h a
.
p f l a 。 : e n a n a * o m i e , b a 二 d 1 2 ,
T e i 1 2
.
)
’
G e b r u d e r B e r 且 t r a e g己r , B o r l i n . z , 72
常
下
下 第 2期 施苏华等 :买麻藤植物系统位置初探— 分子生物学的证据 59
Mol eu el ar Ev i d en e efor th e Rel at i on sh i P am ong Gn et u m
,
G y m on
s P e r m a n d A n g i o s P e r m
Sh泣 S u几。 a . Q u L ia ” 夕几u Y u X 1’a o g i a , 夕 Z几a ” 9 H o n g da
A b s t r a c t 18 8 n u e l e o t记 e
P a r o i f o l i“ m C
。
Y C h e n夕
s e q仁 e n e e o f 25 5 r R N A S ’ t e r m i n a l r e g i o n f r o m G n e t u nr
w a s d e t e r m i n e d
,
C o m P a r i n g a n d a n a l y s i n g t h e s e q u e a e e :
o f ` s p e e i e s o f G了m n o s P e r m s , 5 s p e e i e s o f A n g i o s p e r m s a n d a
a P h y l o g e n e t i e t r e e o f r R N A w a s e o n s t r认e t e d , I t m a y b e e o n e l u d e d
g r e e n a l g u e
,
t h a t G n e t u m
s e e d p l a n t a n d r e l a t e s e o m p a r a t i v e l y 刃比O r e e l o s e l y t o
P o s : i b l e t h a t t h e r e a r 。 t h e p a r a l l e l r e l a t i o n s h i P s a m o n g
of isi
: a s P e e i a l g r o u P
g y m n o s P e r m
,
B 妞 t i t
饭
g y也皿 o s Pe r m , a n g i o s P e r瓜 a n d G红已 t u也 。
K e y w o r ds G n e t u 过 P a r丫 i f o l i u也 , a n a l y s i s o f s e q u e n e e , P h y l o g e n e t i e t r e e
玄
D e P a r tm e o t o f B i o l o g y
, z 五o n g s五a n U o i 7 e r s i t y
亨