全 文 ：武汉植物学研究 2008，26(4)：417—423
Journal of Wuhan Botanical Research
植物核基因组核糖体基因间隔区序列的结构特点
及其在系统发育研究中的应用
王川易，郭宝林
(中国医学科学院中国协和医科大学药用植物研究所，北京 100193)
摘 要：目前，在植物系统发育研究中应用较多的核基因组的核糖体 DNA基因间隔区序列主要有5S rDNA基因间
隔区、内转录间隔区 ITS和基因间间隔区IGS。虽然这些间隔区序列在长度、结构等方面各不相同，但都具有进化
速率较快的特点 ，在植物属及属下分类水平的系统发育关系研究中非常有用。本文重点就核基因组的 5S rDNA基
因间隔区以及 IGS在植物中的特点以及各自在植物系统发育研究中的应用进行了综述。
关键词：核基因组核糖体 DNA；5S rDNA基因间隔区；IGS；系统发育
中图分类号：Q949 文献标识码：A 文章编号：1000—470X(2008)04—0417—07
The Characteristics of the Frequently Used Nuclear Robosome Gene
Spacers and Their Utilizations in Phylogenetic Study of Plants
WANG Chuan-Yi．GU0 Bao-Lin
(，w￡ Ⅲe ofMedicinal Plant Development。Chinese Academy ofMedical Sciences and Peking Union Medical Colege，Beijing 100193，China)
Abstract：The 5 S rDNA spacer，the internal transcribed spacer(ITS)and the intergenic spacer(IGS)
in nuclear ribosome DNA，which are with fast evolutionary ratio and frequently used in phylogenetic
research，can provide abundant phylogenetic informative sites and be very useful to solve the problems in
the phylogenetic relationships at or below the level of genus in plants．In this review，we summarized the
charateristics of 5S rDNA spacer and IGS and their utilizations in phylogenetic study of plants．
Key words：Nuclear ribosomal DNA；5 S rDNA spacer；IGS；Phylogeny
分子系统学(molecular systematics)是以分子生
物学、系统学、遗传学、分类学和进化论等为理论基
础，在分子水平上进行生物体间以及基因间进化关
系的研究的一 门学科。分子系统学始于 1904年
Nutal利用血清中蛋白分子的交互反应研究了动物
不同类群之间的系统发育关系⋯，20世纪 60年代
早期，蛋白质电泳以及其他的分子生物学技术应用
到该领域之后，分子 系统学得 到了进一步的发
展 J¨。20世纪 70年代 DNA重组技术的建立开始
积累了大量的DNA序列信息，极大地刺激了分子系
统学的发展，而聚合酶链式反应(polymerase chain
reaction，简称 PCR)方法的发展使系统发育关系的
重建进入到一个全新的研究水平⋯。
目前在植物分子系统学研究中使用的分子数据
主要来自于 DNA序列。植物基因组非常大，仅仅是
叶绿体基因组在高等植物中长度范围就约为 85～
200 kb 。理论上可以利用的 DNA序列是无限的，
但是目前用于研究的多是结构和进化特点基本清楚
的 DNA序列。进行研究时，针对特定类群，应该选
择这样的序列：①序列足够长，能够提供足够数量的
变异位点。其变异率要与研究对象和研究问题相适
应，用于研究类群间关系的序列的合适趋异率范围
是 5％ ～15％。如果采用一段进化速率较慢的保守
序列用于种间或种下等级的类群比较，则会因为位
点变异太少而无法得到有用的信息，反之，如果将进
化速率快的序列用于高级类群比较，在同一个位点
可能发生多次置换，对位点变异的速率难以进行判
断，而且如果两个类比对象间在连续位点都存在碱
基差异，会使序列排序困难，无法正确评估位点的同
源性；② 序列 必 须是 直 系 同源 的 (orthologous
sequences)，即用于比较的序列应该是来 自于共同
祖先的序列。具体来说就是，许多核基因是多拷贝
的，不同拷贝之间可能不是起源于同一个基因，需要
加以区分和确定同源性，而对叶绿体来说，只要基因
收稿日期：2(X)7．11—29，修回日期：2008—06—05。
作者简介：王川易(1983一)，女，博士研究生，主要研究方向为药用植物分子鉴定和分子系统学。
通讯作者(Authorfor co~espondence．E-mail：blguo221@hotmail．corn)。
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418 武 汉 植 物 学 研 究 第 26卷
保留在叶绿体基因组内，就是单拷贝的，因此也是同
源的；③要考虑序列的遗传方式。核基因组中的序列
都是双亲遗传的，而叶绿体基因在大多数被子植物中
是严格母系遗传的，在大约 20％的被子植物中是双
亲遗传的，而在针叶树(裸子植物)中是父系遗传，不
同遗传方式的基因可能反映的是不同的系统发育
关系。
植物系统学研究中最常用的DNA序列是叶绿体
基因组序列(cpDNA)和核基因组中编码核蛋 白体
RNA的基因(nrDNA)及其间隔区，而线粒体基因组
(mtDNA)由于在植物中变化太大，不像在动物中那么
相对稳定因此在植物研究中应用较少，但近年来也逐
渐受到许多植物分子系统学家的重视，mtDNA上的
一 些功能基因也被用于植物的系统发育研究。
总而言之，在进行系统发育研究时，首先要根据
所研究的分类界元的高低选择合适的基因组序列。
通常来说核基因组中5S、5．8S、18S、26S rDNA基因
(18S rDNA最常用)和叶绿体基因组(cpDNA)的重要
功能基因(rbcL基因最常用)选择压力大，比较保守，
进化速率较慢，一般适合于科级及科级以上类群间比
较，少数隋况可用于科级以下水平。而像核基因组中
的ITS、IGS序列，叶绿体基因组中的基因间隔区、内
含子等非编码区，选择压力小，变化速率快，大多比较
适合属级及以下的分类界元，个别情况在种下也有差
异，少数用于科级类群间比较。
本文就植物中进化速率较快的核基因组的核糖
体基因(nrDNA)间隔区序列的特点和目前在研究中
的应用做一个简要的综述，nrDNA是植物核基因组中
中等重复的基因家族，重复次数在 lO 一10 。nrNDA
由转录区和非转录区构成，18S、5．8S、26S三个基因
形成多拷贝的串联重复序列，而5S rDNA基因自身形
成一 个 多 拷 贝 的 串联 重 复 序 列。18S、5．8S、
26S rDNA串联重复基因的间隔区序列分为内转录间
隔区ITS序列和重复基因间的 IGS序列，ITS 序列是
迄今研究应用最多的序列，相应的论述较多(如文献
[3，4])，本文不再讨论。
1 5S rDNA基因间隔区(5S rDNA spacer)
在高等植物中，成百上千的5S rDNA基因组成基
因簇，不同基因簇间5S rDNA基因重复拷贝的总数变
化在两个数量级以上，从少于 1000到超过 100000个
拷贝 J。串联重复的5S rDNA基因被非转录间隔
区分开，该 间隔 区被称为 5S rDNA基 因间隔 区
(5S rDNA spacer)，偶 见 被 称 为 ITS(intergenic
spacer) 或 NTS(nontranscribed spacers) ，为
避免产生混淆，下文一律称该间隔区为5S rDNA
基因间隔区。
植物中的5S rDNA基因间隔区的特点主要体
现在以下几个方面：①长度多变化，目前已经得到的
植 物 中 5S rDNA 基 因 间隔 区 的长度 为 9O一
700 bp L1j
，同属不同种，同种不同个体，甚至同一个
个体的不同克隆间都存在长度变异的现象。同科或
同属不同种间序列长度变异很大，如茄科烟草属
Nicotianna(约 180—600 bp)¨ 不同种间的序列长
度差值最大可达到420 bp，番杏科 Aizoaceae(165—
348 bp) 、禾 本 科 甘 蔗 属 Sugarcane(228—
252 bp) 、禾 本 科 蔗 茅 属 Erianthus(385 —
410 bp)[6 3、玉蜀黍属 Zea(247—249 bp) 、小檗科
淫羊藿属 Epimedium(222—245 bp)⋯ 。种内的长
度变异一般也有几个到几十个碱基对的差异，而个
体内存在不同克隆间的长度变异，如油松 (Pinus
tabulaeformis)同一样本不同克隆序列长度差异为
57 bp¨ 。在植物中，5S rDNA基因间隔区结构没有
固定的规律，在有的植物中包含有重复拷贝序列，如
烟草属植物，而在有的植物中则没有重复拷贝的序
列 ，如甘蔗属植物，估计重复序列的有无是造成
种间序列出现大的长度变异的主要原因。此外，单
碱基缺失或者单碱基多拷贝插入也比较普遍，因多
个位点的缺失和插入产生的序列长度差异可以达到
24 bp_8 J
，大片段插入或缺失的现象很频繁，这些现
象的存在导致该间隔区序列的变异大，能够提供相
对较 多 的信 息位 点，例 如在 番杏科 日中花 属
(Lampranthus)中5S rDNA间隔区提供的信息位点
数是 ITS提供的信息位点数的5倍 ]。但在有的植
物中虽然序列上的变异位点很多，但是信息位点却
很少。Maughan等 7]对 5个不同生境藜科藜属藜谷
(Chenopodium quinoa)研究中发现序列长度为201 bp
的5S rDNA间隔区54个变异位点中只有 lO个位点
是信息位点，作者认为如此少的信息位点数不能用于
植物居群关系的研究。②同一个 5S rDNA基因簇内
间隔区的不同拷贝之间的序列一致化程度比较低。
造成这样现象的原因是协同进化作用在间隔区上的
强度很低，其次还有可能是选择作用的强度在各个
拷贝上存在差异【14 3。Pan等_I 在研究甘蔗及其近
源属亲缘关系时发现对于同一个样本不同克隆得到
的序列存在差异，而挑选测序的克隆越多这种序列
的差异就越大，例如：其中一个样本挑选两个克隆的
时候，序列的相似度是 92％，增加一个克隆得到的
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第4期 王川易等：植物核基因组核糖体基因间隔区序列的结构特点及其在系统发育研究中的应用 419
序列相似度分别是 72．4％和 70．2％。这就表明在
5S rDNA间隔区上的协同进化作用很弱，而这种缺
少协同进化均一化作用的现象在拟南芥Arabidopsis
thaliana(十 字 花科 Brassicaceae)、洋 槐 Robinia
pseucdoacacia(豆科Leguminosae)、松属 Pinus(松科
Pinaceae)、稻属 Oryza(禾本科)、大麦族Hordeae(禾
本科)等植物中都有报道。例如 5S rDNA间隔区序
列在松科松属植物中种内的序列一致度范围是
93．8％ ～95．7％ ，在亚麻(Linum usitatissimum)不
同居群间序列的一致度范围是71．0％ ～96．0％，在同
一 居群内的序列一致度范围是 82．0％ ～97．0％ 15]，
在茄科马铃薯(Solanum tuberosum)的栽培类型(品
种)和野生类型之间序列的一致度为 89％【16]。但
也有报道称 5S rDNA间隔区序列种内一致化程度
高，例如豆科葛根属(Pueraria)中5S rDNA间隔区
的协同进化率要比多拷贝的ITS序列的协同进化率
高，在种内表现出高的保守性，ITS在种内的序列一
致度范围80％ ～99％，5S rDNA基因间隔区在种内
的序列一致度范围是94％ ～100％ 。烟草属植物
种内 5S rDNA间隔区序列的差异也很小，每个样本
至少 5个克隆的测序结果之间没有大的差异 。。。
5S rDNA基因间隔区的快速进化，表明其适合
用在植物属以下特别是种间关系的研究上。以下是
几个成功运用于植物系统发育关系研究的例子。
Kitamura等 ¨利用 5S rDNA基因间隔区对烟
草属不同染色体倍性的7个种进行种间关系分析。
得到间隔区序列长度范围为 180～600 bp，由3个区
域和 1个亚区组成，序列在种内变异很小，同种不
同克隆之间序列上没有大的缺失或插入发生，而
种间的长度变异很 大，N．suaveolens、Ⅳ．repanda、
quadrivalvis、 debneyi都有各 自特征性的大片断
缺失(>20 bp)，Ⅳ．gosei和 Ⅳ．umbratica有相同的
大片断缺失(约400 bp)而且在缺失片断的下游都
有一段相同的序列(AGTIT)。根据相对保守的间
隔区3端大约300 bp序列建立邻接树和最大简约
树。分析 表 明，四倍 体 种 quadrivalvis以及
IV．repanda与二倍体种 Ⅳ．obtusifol／a为近源种聚在
一 起，这个结果和荧光原位杂交(GISH)、5S rDNA
的染色体定位研究结果以及母 系遗传的叶绿体
DNA序列分析结果一致；四倍体种 Ⅳ．debneyi和二
倍体种 Ⅳ．glauca聚成一枝，这个结果支持此前来 自
45S rDNA的间隔区序列以及叶绿体 DNA序列的研
究结果。
Pan等⋯ 对 23个不同地理分布 的野生、栽
培甘 蔗属 (Sugarcane)植 物及其 近源属 蔗茅属
(Erianthus)等的 5S rDNA间隔区进行克隆和测
序，结果表 明甘蔗栽培种 以及 3个原始栽培种
S．oficinarum、S．spontaneum、S．giganteum的序列长
度范围是 228～252 bp，蔗茅属(Erianthus)序列长度
在 385～410 bp。序列分析发现：同一个样本不同克
隆序列长度变化范围在0～13 bp之间，序列相似度
变化范围在70．2％ ～99％；同一个种不同居群样本
的序列长度变化在 2～24 bp之间，序列相似度变化
范围在70．2％ ～97．9％。基于 5S rDNA基因间隔
区序列建立系统发育树，结果支持之前细胞学研究
得到的结果。S．giganteum和蔗茅属与甘蔗属栽培
种的关系比与高粱和玉米的关系要近，另外甘蔗属
栽培种与 S．giganteum分枝的关系比与蔗茅属的关
系要近，这个结果和 RAPD、rDNA—RFLP的研究结果
一 致。在这个研究中得到的甘蔗栽培种以及其近源
属植物的系统发育关系和 Southern印记杂交得到的
结果一致。
Sun等 ¨用5S rDNA基因间隔区对淫羊藿属
(Epimedium)22个种的植物进行系统发育关系研
究，其中有 17个中国种(包括朝鲜淫羊藿)，小花美
洲淫羊藿(Vancouveria planipetala)为外类群。PCR
产物克隆测序，得到间隔区序列长度范围为 222～
245 bp(E．diphylum 222 bp，E．alpinum 245 bp)，
A+T含量高达 70％。在 diphylum的两个克隆
序列中都有 21 bp的缺失，在 E．pauciflorum的两个
克隆序列中有 3 bp(AAA)的插入。同种两个克隆
间序列相似度范围为94％ ～99％。该间隔区一共
有 125个变异位点，其中81个位点为信息位点。建
立系统发育树显示：①外类群 planipetala表现出
和淫羊藿属关系很近，这个结果与 Kim等 ¨发现的
淫羊藿属和 Vancouveria是姐妹属关系的结论一致。
②除中国特有种外的其他淫羊藿种 E．pubigertm、
E咖 啪 、E diphylum、E grandiflorum、E sen~rvirens
以及 E．koreanum聚为一枝，自展支持率为 100。这
个结果与基于形态特征和地理分布特征得到的结果
一 致。③所有中国特有种以100的自展值形成一个
分枝。而这个分枝内的种间关系却和来 自形态学主
要是花器官特征的种间关系不一致。基于分子和基
于形态得到的中国特有淫羊藿种的关系存在分歧，
5S rDNA间隔区提供的信息不能清晰的给出淫羊藿
属植物花瓣进化的过程，它将具有不同类型花瓣的
中国特有淫羊藿种放在了一起，不能够解决中国特
有淫羊藿种的种间关系。
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420 武 汉 植 物 学 研 究 第 26卷
总体上来说 5S rDNA间隔区序列在系统发育
研究中的优势在于：适中的序列长度、易于得到扩增
引物、易于扩增和测序，可以方便用于植物的属下分
类界元的系统发育研究。但是由于该间隔区序列变
异水平很高但是信息位点相对较少，在种间和种内
的变异水平相似，序列中缺失现象很频繁，尤其是序
列表现出的不均一化的特点限制了其在植物进化关
系研究中的应用。
2 18S、5．8S、26S rDNA基因重复拷贝的间
隔区(IGS)
18S、5．8S、26S rDNA基因的串联重复序列
中，3个基因总是依序首尾相连(见图 1)，这 3个基
因之 间由内转 录间隔 区 ITS(internal transcribed
spacer)分开，而每相邻的两个重复单元之间由基因
间间隔区 IGS(intergenic spacer)隔开。
IGS的结构在植物中是相似的，主要包括两部
分(见图 2)：一部分是靠近 26S 3’端的 NTS (non—
transcibled spacer)，另一部分是靠近 18S 5’端的 ETS
(external transcribed spacer)，这两部分由转录起始
位点(transcribed initiation site，TIS)隔开。NTS 区域
包括一个独特序列区，一个密集的重复拷贝区，转录
终止位点(transcribed termination site， )位于独特
序列区，由于重复拷贝区的存在造成 NTS 区的高度
变异，即使是在同一个种之内也是高变的。ETS 是
一 个独特序列区，也有重复区但是通常没有 NTS 重
复区域那么密集，ETS 区占 IGS序列长度的 1／3～
1／2。在高等植物中，rDNA转录起始点 TIS区域是
非常保守的一段序列，序列通常为 TATA(G)T‘A’
GGGGG(A)GG，在已经报道过的多种植物中该序列
都是相似的 ¨ ，在TIS前靠近 NTS重复拷贝区域
下游处往往有富含 AT的长片段。不同种的 IGS序
列的重复拷贝通常在相似的位置上，这些重复拷贝
序列能够折叠形成茎环结构，在茎环结构下游通常
是一个富含嘧啶的区域 。
例如豆科小扁豆(Lens culinaris Medik)的 IGS
序列的结构中包括4种类型的重复拷贝序列，位于
NTS 区的有：A型串联重复拷贝，有 5个完整拷贝和
2个位于串联序列两端的不完整拷贝；紧跟着 A型
拷贝的是拷贝数为4的 B型重复串联拷贝序列，每
一 个拷贝的前 50 bp形成茎环结构；TIS下游 (即
ETS 区)有 C型重复拷贝区，包括4个完整的拷贝
以及一个不完整拷贝；以及 D重复拷贝区，由30个
串联拷贝序列组成。豆科其他植物的IGS序列的重
复序列的主要分布模式与小扁豆是相似的 。
植物中 IGS序列的特点为：①序列的长度变化
大，长度范围为 1～14 kb_2引。在植物种间、种内(栽
培品种之间、同一居群中)都存在 IGS长度变异，甚
至是植物个体间也有可能存在长度上的变异。长度
变异与科属亲源关系不相关，如 目前已经报道的
IGS序列有：芒草属Miscanthus(1802～2132 bp) 、
豌豆属 Vicia(2000～3500 bp) 、水稻 Oryza sativa
L_(2140 bp) ⋯、玉米(3030 bp) 、小麦(4300～
5000 bp) ⋯、小米Setaria italica(1991 bp) 18]，豆科
小扁豆 Lens culinaris(3059 bp)12]、大麻 Cannabis
sativa(1387 bp)、番 茄 Lycopersicon esculentum
(3253 bp) J、 马 铃 薯 Solanum tuberosum
(3232 bp) 等等。葫芦科笋瓜(Cucurbita maxima)
不同栽培种间的 IGS序列长度范围在 4．8～7．3 kb
之间 。造成这种长度变异主要是因为重复区片
断的大小以及重复次数的不同，种间差异的形成包
括这两个因素，而种内则是重复次数的不同造成的。
例如葫芦科 IGS序列上的单拷贝序列在西葫芦
(Cucurbita pepo L．)中是3个全拷贝和 1个部分拷
贝，而在南瓜(Cucurbita moschata(Duch．)Poiret)中
则是9个全拷贝，二者区别仅在于拷贝数的不同，而
18S rDNA 5．8S rDNA 26S rDNA 18S rDNA 5_8S rDNA 26S rDNA
■■■■l ■_ ■■■■_ IGS ■■■■■■ ——- ■■■■_
TTS1 ITS2 TTS1 ITS2
图 1 18S-5．8S~6S rDNA基因串联重复拷贝结构示意图
Fig．1 The structure diagram of 18S一5．8S一26S rDNA genes copies
ETS
TTS ’’。。 ‘。 。‘。。 。。。。。。。。。。一 TTS
图 2 IGS结构示意图
Fig．2 The structural diagram of IGS
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第 4期 王川易等：植物核基因组核糖体基因间隔区序列的结构特点及其在系统发育研究中的应用 421
在黄瓜(Cucumis sativus L．)ETS区域有7拷贝的串
联重复拷贝序列，南瓜和西葫芦中则没有这个串联
拷贝序列，使得黄瓜的 IGS序列比同科其他种要
长 。有报道认为在染色体交换时重复序列之间
的不等交换造成了 IGS序列在长度上的变异 。
②变异水平高。IGS序列是目前研究报道中进化速
率最快的序列。已有的报道表明 ETS序列的进化
速率比ITS序列要快 。Bena等 和 Stappen
等[2 从序列长度、GC含量、种间序列变异率范围、
变异位点数、信息位点数等方面分别对豆科苜蓿属
(Medicago)和豆科铅笔花属(Stylosanthes)中的 ITS
序列和ETS进行比较，发现在苜蓿属中ETS 的进化
速率至少是 ITS进化速率的 1．5倍，而在铅笔花属
中则为2倍。Rosas等 在利用 rDNA的 ITS、ETS
以及叶绿体的rpl6、trnL．trnF研究景天科风车草属
(Graptopetalum)的系统发育关系时也发现在用于研
究的序列中ETS序列提供的信息位点是最多的，比
ITS多30％以上，认为该序列最适合于种间水平的
系统发育研究。而 ETS序列为 IGS中相对保守的
区域，由此可以推断整个 IGS序列的进化速率 比
ITS序列的进化速率要快，因而也能够提供更多的
有用信息。目前还没有发现有其他间隔区序列进化
速率较 IGS序列快的报道。③具有功能区。很多报
道指出 rDNA中 IGS序列是具有功能的，参与了
rDNA转录的调控 ,2,27,34-37]。植物 IGS序列在
相似的位置上都有重复拷贝序列，虽然这些重复拷
贝序列各不相同，但它们的长度都在100～200 bp
之间，IGS序列中的重复单元的位置和结构特点表
明这些重复序列是转录终止区域，对于控制聚合酶
的停滞和移动非常重要 ¨。也有报道称参与组成
转录起始复合体的蛋白结合在 IGS的 ETS区域，这
就表明该区域参与了转录调控 。来自小麦(Triti—
cltm aestivum) 和十字花科芝麻菜属(Eruca) 刮植
物的数据也表明IGS序列中的重复拷贝元件具有增
强子的功能。推测植物 rDNA中 IGS序列具有的功
能主要有：RNA转录和前体加工的场所、启动子以
及增强子、转录终止等。④不同拷贝的序列一致度
高。由于IGS序列具有功能的特点以及协同进化的
作用使在同一 rDNA序列中不同拷贝的IGS序列保
持很高的序列一致度，例如在虎耳草科唢呐草属
(Mitela)植物中 ETS序列在个体内各拷贝间高度
一 致的，序列的一致度要比 ITS 序列各拷贝间的一
致度要高 ，而且 IGS序列中的重复序列通常在属
内或者是近源属间也是高度保守的 ，例如：稻在
不同的IGS上序列重复拷贝次数不一样但是序列却
是一致的 ，又如在茄科的马铃薯中，存在一个包
含 17个拷贝的重复序列，各拷贝间序列的同源性为
81％ ～100％，在同科植物番茄中存在相应的包含 9
个拷贝的重复序列，该重复序列在两种植物间的相
似度为75％ ～80％ 。
人们关注 IGS序列的一个很主要原因就是其进
化速率快，而且不同的区域具有不同的进化率，这就
使 IGS序列的不同部分可以用于阐述种间系统发育
关系和居群水平上的遗传差异。在目前已有的植物
系统发育研究中，使用 IGS全序列进行系统重建的
还比较少见，更多的是使用 IGS的部分序列特别是
ETS序列或者是部分 ETS序列结合其他核基因组
或者是 叶绿体基 因组 的序列进行系统发 育研
究 。存在这种现象的原因可能一方
面在于 IGS序列本身太长，而且 NTS 区大量的重复
拷贝序列以及茎环结构的存在，给序列的扩增和测
序造成了很大的障碍；另一方面 ETS 序列本身相对
较短，而且重复拷贝出现的频率较低，比较容易操
作，同时 ETS区域在多数情况下已经能够满足属及
属以下低分类水平系统重建需要的信息量。IGS序
列在研究中的应用有下列例子。
Lee等 。。结合 rDNA上的 ETS 和 ITS 序列对菊
科甜菊属(Stephanomeria)及其近源属进行系统发育
关系研究。ETS序列长 518 bp，其中变异位点数为
207个，信息位点数为 129。分别基于 ETS 和 ITS 数
据得到的系统发育树间没有显著性的差异，基于二
者得到的系统发育树表明甜菊属包括 10个多年生
种、6个一年生种的单源群 (monophyletic group)。
认为 Munzothamnus blairi以及 Pleiacanthus spinosu
是两个单型属，与此前根据染色体数和花粉表型特
征得到的结果不一致。此外还有 Urbatsch等 对
菊科紫菀族的 Xylothamia、Gundlachia以及近源属，
Chan等 对菊科 Lasthenia californica及其近源种、
Noyes 对菊科飞蓬属(Erigeron)利用 ETS序列结
合其他序列进行系统发育关系分析，都得到支持率
很高的系统发育树，很好的解决了菊科中属以及属
下种间水平的系统发育关系。
Murakami 对桑科啤酒花属(Humulus lupulus)
的3个变种以及 Hjaponicus的 IGS序列进行测序
分析，并根据 ETS的部分序列分析它们之间的系统
发育关系，得到啤酒花属在欧洲栽培种和野生变种
中的IGS序列长度为4．2 kb，在北美和日本野生变
种中的长度为3．2 kb，Hjaponicus的长度为3．2 kb。
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武 汉 植 物 学 研 究 第26卷
IGS序列中包含 3个不同的串联重复序列，这 3个
串联重复拷贝序列在不同地域分布的变种中的拷贝
数是不一样的。基于 ETS部分序列建立系统发育
树，啤酒花属3个变种中来自北美和日本的变种关
系较近，而欧洲变种在系统树上自己形成一枝。
Okuyama等L3 研究虎耳草科唢呐草属在亚洲
的12个种 14个分类群的66份样本，基于ETS序列
得到的系统树和基于形态学得到对于种的分类结果
高度一致，而且 ETS数据同样确证了形态学上对于
种上分类群的界定，而基于ETS序列得到系统发育
关系和基于 ITS序列得到的系统发育关系存在的分
歧也只是个别种的系统位置存在差异。
利用IGS序列的部分序列进行系统学的研究，
在降低了实验操作难度的同时也很好地解决了问
题。但是在某些情况下，选择部分序列进行系统发
育研究有可能无法提供足够信息解决依旧存在的系
统问题，例如 Hsing等 对大麻的 IGS序列研究发
现IGS序列结构中包含6个不同序列的重复拷贝，
前 3个重复拷贝序列在 IGS序列的中部，同一序列
的不同拷贝间序列的差异很小。在 77个样品中随
机挑选 20个样品进行 IGS前 3个重复拷贝的测序
研究发现有 4种序列类型，长度范 围为 255～
265 bp，共有25个核苷酸变异，而同时在77个大麻
样品之间没有出现重复拷贝次数上的变异，结果表
明IGS序列的这一区域没有提供足够的多态信息，
不能用于大麻的起源研究和品种鉴定。Bena等
在豆科苜蓿属的系统发育研究中发现用于研究的
ETS部分序列长489 bp，有 106个核苷酸变异，5个
是信息 位点，该 序 列在种 内的变 异率 范 围是
1．6％ ～6．7％，认为该序列在种内的变异水平太低。
总体上来说，IGS序列在系统发育研究中的优
势在于：它是核基因组多拷贝序列中进化速率最快
的序列，具有高的序列一致性，易于得到扩增引物。
这些特点使该序列在低水平分类界元的系统发育、
遗传以及进化研究中起到重要的作用。但是IGS序
列一般比较长，而且结构中的重复拷贝序列以及茎
环结构的存在都给该序列的扩增和测序造成了很大
的难度。
3 总结
核基因组的核糖体 DNA间隔区序列在不同植
物中的进化速率是不相同的。因此在解决低分类水
平的系统发育关系时，除了要考虑间隔区的一般进
化特点外，还应该考虑到在研究对象中的特征。尽
管 ITS、IGS和 5S rDNA间隔区在研究中各有优缺
点，但是不可否认这 3个间隔区序列在帮助认识植
物系统发育、进化、亲源关系等方面都发挥着作用。
多个序列联合使用，不但使序列间取长补短，而且使
研究的结果更为客观。随着试验技术的发展，研究
的深入，这些间隔区序列将会帮助研究者解决更多
在植物界中依旧存在的疑问。
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