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基因丢失促进红树植物适应动荡潮间带环境的机制——提高基因调控网络稳定性并驱动表型进化

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基因丢失促进红树植物适应动荡潮间带环境的机制——提高基因调控...

首届植物科学前沿学术大会

作者：邵劭徐绍华施苏华何子文中山大学生命科学学院有害生物控制与资源利用国家重点实验室

基因丢失在植物基因组进化过程中普遍存在,但其能否在环境适应中发挥重要作用仍不清楚。May-Wigner理论(May-Wigner theory, MWT)提出提高网络稳定性的最简单方法是将网络变小,该理论也为探究基因丢失在基因调控网络(gene regulatory ne... 详细信息

基因丢失在植物基因组进化过程中普遍存在,但其能否在环境适应中发挥重要作用仍不清楚。May-Wigner理论(May-Wigner theory, MWT)提出提高网络稳定性的最简单方法是将网络变小,该理论也为探究基因丢失在基因调控网络(gene regulatory network, GRN)稳定性中的作用提供了线索。我们选择了生长于潮间带环境的红树植物来探究基因丢失的适应性作用。潮间带环境位于海洋-陆地的动态交界面,受潮汐作用的影响始终处于动态变化之中,因此维持基因调控网络的稳定性是红树面临的最主要挑战。我们在最大的红树单系群红树族(Rhizophoreae)中选取了4种红树进行从头测序组装,并和已发表的红树族植物及其陆生近缘植物进行比较基因组分析。我们发现红树族红树的基因组发生了大量的基因家族缩减现象。这些基因丢失促进了基因调控网络在动荡环境中的稳定性,同时最大程度地减少了对必需生长发育过程的影响。因此红树植物在动荡环境中通过缩小基因调控网络来保持内稳态,从而在基因调控网络水平验证了May-Wigner理论。此外,我们在种子休眠、盐度调节和单宁氧化消耗等生物过程中检测到大量的基因丢失。这些基因丢失促进了红树典型的适应性性状,如胎萌、高盐环境适应和高单宁含量的形成。综上所述,红树族红树的基因组在进化过程中经历了大量的基因丢失,它们不仅如May-Wigner理论所假设的那样对促进基因调控网络稳定性起着至关重要的作用,还驱动了适应性表型性状的发生,帮助最成功的红树植物类群适应极端动荡的潮间带环境。

关键词：基因丢失红树族极端环境适应性进化基因组网络稳定性

用核糖体ITS区序列验证自然杂交种Meconopsis×cookei G.Taylor

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Acta Genetica Sinica 2004年第9期31卷 901-907页

作者：袁长春黎培新王燕芳施苏华湛江师范学院生化学院湛江524048 中山大学生命科学学院基因工程教育部重点实验室广州510275

对被认为是自然杂交种的绿绒蒿植物Meconopsis×cookeiG .Taylor及其可能的亲本红花绿绒蒿(M punicea)和五脉绿绒蒿 (M .quintuplinervia)的核糖体DNAITS区进行了序列测定 ,所得序列的长度为 6 6 7～ 6 6 8bp ,其中红花绿绒蒿的序列长度... 详细信息

对被认为是自然杂交种的绿绒蒿植物Meconopsis×cookeiG .Taylor及其可能的亲本红花绿绒蒿(M punicea)和五脉绿绒蒿 (M .quintuplinervia)的核糖体DNAITS区进行了序列测定 ,所得序列的长度为 6 6 7～ 6 6 8bp ,其中红花绿绒蒿的序列长度为 6 6 7bp ,另外两个种的序列长度均为 6 6 8bp。利用软件ClustalX对所得序列进行排序和碱基比较 ,排序后的序列长度为 6 6 8bp ,其中ITS1长度为 2 5 4bp ,5 8S长度为 16 2bp ,ITS2长度为 2 5 2bp。整个ITS区序列共有 16个变异位点 ,占序列总长度的 2 4 0 % ,其中ITS1的变异位点 9个 ,占 5 6 2 5 % ,占整个序列长度的 1 35 % ;ITS2的变异位点 6个 ,占 37 5 0 % ,占整个序列长度的 0 89% ;5 8S的变异位点 1个 ,占 6 2 5 % ,占整个序列长度的 0 15 %。分析结果表明 ,M .×cookei同时具有红花绿绒蒿和五脉绿绒蒿的两种ITS序列 ,也就是说M .×cookei与红花绿绒蒿和五脉绿绒蒿之间在ITS基因上的变化规律符合孟德尔遗传学定律 ,从而从分子水平上证明M .×cookei是红花绿绒蒿和五脉绿绒蒿的杂交后代。

关键词：杂交种 Meconopsis x cookei 红花绿绒蒿五脉绿绒蒿 ITS

强化作用的反例——物种杂交与同域共存时的交配新策略

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强化作用的反例——物种杂交与同域共存时的交配新策略

首届植物科学前沿学术大会

作者：李森何子文吴仲义施苏华中山大学生命科学学院有害生物控制与资源利用国家重点实验室

强化作用是指在物种形成早期已经具有了一定形态、生理和遗传分化的物种在二次接触时,为了避免产生适合度较低的杂交后代,自然选择偏向于增强生殖前隔离的现象。强化作用是同域物种形成的重要机制之一,但它在物种形成过程中的必要性仍... 详细信息

强化作用是指在物种形成早期已经具有了一定形态、生理和遗传分化的物种在二次接触时,为了避免产生适合度较低的杂交后代,自然选择偏向于增强生殖前隔离的现象。强化作用是同域物种形成的重要机制之一,但它在物种形成过程中的必要性仍有争议。我们在海南调查了木榄(Bruguiera gymnorhiza)和海莲(B. sexangula)发生持续杂交的三个自然群体,发现杂交后代尖瓣海莲(B. x rhynchopetala)占比超过了木榄,达到30%,不符合强化作用减少杂交后代的假设。为了检验亲本种基因组成分在杂交后代中的分布和占比,我们从头测序、组装和注释了了木榄和海莲的全基因组,推断两者分歧于13Mya。通过重测序分析了13个群体63个个体的全基因组,我们发现异域分布的木榄和海莲群体间几乎不存在杂交渐渗,表明两个亲本种已建立一定程度的生殖隔离。然而,海南群体中检测到持续的杂交渐渗。我们构建了物种分化早期二次接触的群体模型,通过计算机模拟不同交配识别能力的两个基因在群体中的演化情况,以进一步探究:1)海南群体中为何保有大量杂交个体;2)弱势种木榄和强势种海莲如何同域共存;以及3)自然选择下两个物种的选择性交配性状如何演化。我们发现两个有适合度差异的物种同域接触且杂交后代适合度高于某一亲本时,自然选择倾向于在适合度较低的亲本种中保留交配识别能力较弱的基因。如果两个亲本种存在一定生态位分化,或者有外部基因流,弱势种可以借此避免竞争排斥导致的群体灭绝。总之,杂交可能是弱势种与强势种同域共存的一种有效策略。

关键词：木榄属杂交强化作用基因组模型物种形成

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东寨港红树林土壤细菌群落结构的季节性变化

东寨港红树林土壤细菌群落结构的季节性变化

首届植物科学前沿学术大会

作者：王楠刘路何子文施苏华中山大学生命科学学院有害生物控制与资源利用国家重点实验室

红树林生态系统的高度多样性和时间异质性导致了其土壤细菌群落结构和功能的高度多样性。此外,红树林土壤细菌群落多样性的产生与维持一直是人们关注的重点。比较不同季节红树林根际和非根际土壤细菌群落的组成情况和组装过程,对于了解... 详细信息

红树林生态系统的高度多样性和时间异质性导致了其土壤细菌群落结构和功能的高度多样性。此外,红树林土壤细菌群落多样性的产生与维持一直是人们关注的重点。比较不同季节红树林根际和非根际土壤细菌群落的组成情况和组装过程,对于了解在红树林植物影响下微生物多样性的产生和维持至关重要。然而,在红树林生态系统中红树林植物根际和非根际中细菌群落的季节变化和潜在机制仍不清楚。我们分别在春夏秋冬四个季节对覆盖海南岛东寨港海湾的三个地点(演丰镇、塔市、三江)采集了秋茄与桐花树的根际土壤和非根际土壤并进行16S rRNA基因测序。研究结果表明,土壤细菌群落的alpha多样性和beta多样性在季节间存在明显差异,且根际土壤细菌群落相较于非根际土壤细菌群落,前者不同季节间的变化更小,更稳定。从群落构建的角度出发,我们发现细菌群落间的均匀扩散的占比与土壤中的碳、氮含量呈正相关,而根际效应与高盐都会提高同质选择的占比。从整体来看,随机性过程主导了细菌群落的组装。在夏季,土壤高盐导致了同质选择,使得该季节为确定性过程主导。相较于非根际,根际细菌群落的同质选择与均匀扩散占比更高,这可能是根际效应与根际高碳、高氮共同导致的结果,这也就解释了根际土壤细菌群落beta多样性低于非根际的原因。

关键词：细菌群落季节变化红树林生物多样性群落构建

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广东山茶科新植物

中山大学学报（自然科学版） 1991年第2期30卷 88-90页

作者：施苏华中山大学生物学系

本文报道了山茶科2种新植物:锐尖肖柃和异色厚皮香,它们采自广东省封开县黑石顶自然保护区。

关键词：植物山茶科锐尖肖柃异色厚皮香

基于ITS序列探讨山茶属金花茶组的系统发育关系

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广西植物 2004年第6期24卷 488-492,487页

作者：唐绍清施苏华钟杨王燕广西师范大学生物系广西桂林541004 中山大学生命科学学院广东广州510275 复旦大学生物多样性研究所上海200433

测定了分布于我国的 2 2个山茶属金花茶组的种或变种的nrDNAITS区序列 ,它们的序列长度在 476～ 496之间。GC含量都超过了 70 % ,应用Kimura2 模型计算了序列间的分化程度 ,构建了最大简约树、邻接树和最大似然树 ,分析结果表明 :( 1 ... 详细信息

测定了分布于我国的 2 2个山茶属金花茶组的种或变种的nrDNAITS区序列 ,它们的序列长度在 476～ 496之间。GC含量都超过了 70 % ,应用Kimura2 模型计算了序列间的分化程度 ,构建了最大简约树、邻接树和最大似然树 ,分析结果表明 :( 1 )淡黄金花茶、毛籽金花茶、陇瑞金花茶、弄岗金花茶、大样金花茶和凹脉金花茶的关系较近 ;( 2 )小瓣金花茶、小花金花茶、薄叶金花茶、多瓣金花茶、夏石金花茶和龙州金花茶的关系较近。

关键词：金花茶组 ITS区序列山茶属系统发育关系 GC含量 ITS序列 DNA AFLP分析变种分布

水椰基因组揭示其在潮间带的长期适应策略和棕榈植物的早期进化

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水椰基因组揭示其在潮间带的长期适应策略和棕榈植物的早期进化

首届植物科学前沿学术大会

作者：伍伟宏王楠何子文施苏华中山大学生命科学学院有害生物控制与资源利用国家重点实验室

水椰(Nypa fruticans)从白垩纪晚期就生存在潮间带,是最古老的红树物种之一。虽然它起源于白垩纪,但整个水椰亚科只有水椰一个物种。它是探究植物长期适应极端环境和低物种多样性原因的极好研究对象。本研究基于水椰的染色体水平的基因... 详细信息

水椰(Nypa fruticans)从白垩纪晚期就生存在潮间带,是最古老的红树物种之一。虽然它起源于白垩纪,但整个水椰亚科只有水椰一个物种。它是探究植物长期适应极端环境和低物种多样性原因的极好研究对象。本研究基于水椰的染色体水平的基因组,探究其起源和长期适应极端环境的分子机制,同时为棕榈早期进化和物种贫乏谱系低物种多样性的原因提供见解。根据系统发育分析的结果,我们推断水椰大约起源于75.8个百万年前,而棕榈植物大约起源于84.9个百万年前。我们确认棕榈植物共享的全基因组复制(whole-genome duplication, WGD)发生在89个百万年前。这次棕榈科植物特有的WGD事件在棕榈植物进化中起着关键的作用,如木质素合成通路的进化。我们发现水椰的进化速率十分缓慢,体现在其较低的核酸突变率和受到更强的负选择作用。在潮间带漫长的进化过程中,水椰通过减少重复序列的插入,减少近期的基因复制和古老基因拷贝的丢失,来维持一个稳定的基因组。此外,我们注意到SDR4的假基因化可能是其胎萌的重要原因。本研究解析了水椰在潮间带适应性进化的基因组机制和其低物种多样性的原因,并为研究棕榈植物的全基因组复制等进化事件提供了重要实例。

关键词：水椰红树棕榈长期适应全基因组复制

红树林先锋种拉关木快速生长和适应潮间带环境的基因组机制

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红树林先锋种拉关木快速生长和适应潮间带环境的基因组机制

首届植物科学前沿学术大会

作者：朱冉冉何子文徐绍华施苏华中山大学生命科学学院有害生物控制与资源利用国家重点实验室

具有重要生态和经济价值的红树林,近些年来出现了大面积衰退,因此亟需合适的物种进行生态修复。拉关木(Laguncularia racemosa (L.) Gaertn.)是生长于大西洋-东太平洋海岸带的典型红树植物,是具有快速生长能力的先锋种,因此作为造林种... 详细信息

具有重要生态和经济价值的红树林,近些年来出现了大面积衰退,因此亟需合适的物种进行生态修复。拉关木(Laguncularia racemosa (L.) Gaertn.)是生长于大西洋-东太平洋海岸带的典型红树植物,是具有快速生长能力的先锋种,因此作为造林种被引入中国。关于拉关木对潮间带的适应以及引种中国后的表现,现有的研究大多集中在生态学和生理学方面,其适应潮间带环境和快速生长的分子机制还不清楚。在本研究中,我们通过PacBio SMRT技术测序并组装了高质量的拉关木基因组(Scaffold N50=3.41 Mb),并推断出其进入潮间带生境成为红树的时间与全球气候变暖海平面上升时间吻合。在缺少近期全基因组复制事件的情况下,拉关木通过串联重复的方式扩张了与环境适应相关的基因家族来适应潮间带环境,其中与快速生长和耐强光相关基因家族的扩张可以帮助其成为快速生长的先锋红树植物。相似的潮间带生长环境使得独立起源的红树类群有相似的形态学特征及基因组特征。本研究发现拉关木和其他三种独立起源的红树植物在基因拷贝数变化和氨基酸替代方面均存在趋同进化现象。这四种红树植物均丢失了RAS1基因以提高盐耐受性,表明了其在高盐胁迫下相似的应对策略;在营养元素N、P吸收转运的相关基因中的趋同氨基酸替代,可能促进了红树对营养元素的吸收,这对适应N、P元素缺乏的潮间带环境至关重要。综上所述,本研究揭示了拉关木快速生长和强光耐受的分子机制,并发现了红树植物适应潮间带环境的趋同进化机制。

关键词：拉关木基因组适应性进化趋同进化快速生长

湖南四种尾矿环境下的狗牙根遗传多样性的RAPD分析

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广西植物 2003年第1期23卷 36-40,47页

作者：袁长春施苏华赵运林中山大学生命科学学院广东广州510275 湘潭师范学院生物系湖南湘潭411201

选择湖南4种有代表性的有色金属尾矿地所生长的野生狗牙根作为研究对象,并以正常生境下的野生狗牙根作为对照,采用RAPD技术分析了这些特别环境下的狗牙根的遗传多样性。17条10个核苷酸长的引物用于PCR扩增,共得到432条DNA带。检测位点16... 详细信息

选择湖南4种有代表性的有色金属尾矿地所生长的野生狗牙根作为研究对象,并以正常生境下的野生狗牙根作为对照,采用RAPD技术分析了这些特别环境下的狗牙根的遗传多样性。17条10个核苷酸长的引物用于PCR扩增,共得到432条DNA带。检测位点160个,其中多态位点134个,占83.75%。各个类群间的Jaccard相似系数平均为0.4475±0.0806,遗传距离平均为0.3825±0.0712。结果显示生长于这些不同尾矿环境下的狗牙根种群在遗传本质上均产生了明显的分化,完全可以根据其尾矿基质的不同而划分为不同的生态型或品种,甚至可能处理为新的变种。狗牙根种群具有丰富的遗传多样性,作为先锋植物可为尾矿的复垦提供更多的品种选择。

关键词：狗牙根尾矿 RAPD 遗传多样性