四川大学 硕士学位论文 EPSPS基因用于芸薹族植物分子进化初探 姓名：邓运涛 申请学位级别：硕士 专业：遗传学 指导教师：李旭锋 20030501 E P S P S 基因用于芸薹族植物 分子进化的初探 专业：遗传学 研究生：邓运涛指导教师：李旭锋 不同基因由于其进化速率不同，而适用于不同分类等级的系统发育研 究目前用于科和科以上分类群研究的两个最主要基因为时绿体基因而吐和核 基因1 8 Sr D N A 与它们相比，核编码蛋白基因的进化速率分别快4 ～5 倍和 1 2 ～1 5 倍批舫F 等基因的进化较快，适合于科内系统发育研究核糖体 D N AI T S 序列进化速率更快，只能用于属间和种间分类群的研究E P S P 合 成酶是莽草酸途径的一个关键酶，其成熟蛋白在进化中极为保守高等植物成 熟的E P S P 合成酶的氨基酸序列之间具有很高的同源性，但E P S P 合成酶的叶 绿体运输肽的氨基酸序列同源性极差，各植物间仅2 3 ％左右的同源性目前用 E P S P S 基因编码区的D N A 序列来研究物种的进化关系尚未见报道同源对比 分析已有的植物E P S P S 基因序列，我们找到了该基因中一段极为保守的序列并 设计了一条寡核苷酸引物，采用3 ’R A C E 法，从植物蜀杂9 号油菜，白菜型油 菜总R N A 中成功的扩增出了E P S P S 基因3 ’端编码区( 包含外显子8 、7 、 6 、5 、4 的全部序列及外显子3 的部分序列) ，分别长1 0 9 7 b p ，1 1 0 9 b p 。
核 苷酸同源分析表明，这两段序列与诸葛菜( O r y c h o p h r a g m u sv i o l a c e u s ) ，拟 南芥( A r a b i d o p s i st h a l i a n a ) ，欧洲油菜( B r a s s i c a c e a en a p u s ) 的同源序列的 同源性都大于9 0 ％我们对这些序列与已发表的相应序列( 合计3 个科，1 5 个 序列) 用N J 法和最简约性分析，结果表明：由两种方法构建的进化树是一致 的，同一科的序列形成一组；在十字花科组的分之图中，来自于拟南芥属的J ≯ 列与来自于芸薹属的序列又各自形成亚组：来自于诸葛菜属的序列分布在芸猫 属的分之图中，揭示出诸葛菜属与芸薹属有着极其近的亲源关系此结果与植 物经典分类相一致，说明E P S P S 基因3 ’端编码区序列是一个很好的分子进化模 型，适合于构建高等植物科之间、属之间的进化关系图用E P S P S 基因全长编 码区的D N A 序列构建的N J 图，最简约树与用其3 ’端编码区D N A 序列构建的 树形图相同，表明完全可以用E P S P S 基因3 ’端编码区D N A 序列代替基因全长编 码序列作进化分析。
分别对十字花科、茄科、禾本科序列的碱基变异情况分 析，结果表明，E P S P S 基因在十字花科和茄科中的进化速率不一样，对于总的 碱基替换率，茄科高于十字花科 关键词：E P S P S ，分子进化，序列分析，N e i g h b o r —j o i n i n g 方法 4 T h em o l e c u l a re v o l u t i o nr e s e a r c ho f g e n e E P S P S inB r a s s i c a c e a e p l a n t M a j o r ：G e n e t i C S G r a d u a t es t u d e n t ：D e n gY u n —t a oT u t o r ：L iX u —f e n g D i f f e r e n tg e n e sa r eu s e dt ot h er e s e a r c h o f p h y l e s i sb e c a u s e o f t h e i r d i f f e r e n te v o l u t i o n a r yr a t e ．T od a t e ，t w om a i ng e n e st h a ta p p l yt ot h er e s e a r c ho f f a m i l y a n dt h ec l a s s e sa b o v ef a m i l ya r er b c La n d18 Sr D N A ．C o m p a r a t i v e l y , t h e e v o l u t i o n a r yr a t eo f p r o t e i n sc o d e db y t h en u c l e a rg e n e si sf o u ro rf i v et i m e sa sf a s t a st h er a t eo f t h et w of o r m e r s ．T h er a t eo fN d hFi Sf a s ta n ds u i tt ot h ep h y l e s i s r e s e a r c hi nf a m i l y ．T h ee v o l u t i o n a r yr a t eo f r i b o s o m eD N Ai sm o r ef a s ta n do n l y s u i tt ot h ep h y l e s i sb e t w e e ng e n u sa n ds p e c i e s ．T h eE P S Ps y n t h a s ei san e c e s s a r y e n z y m e o f t h es h i k i m a t ep a t h w a ya n di ti sv e r yc o n s e r v a t i v e ．T h ea m i n oa c i d s e q u e n c e s o fE P S P s y n t h a s eb e t w e e nh i g hp l a n t sh a v ev e r yh i g hi d e n t i t y , b u tt h e i d e n t i t yo f t r a n s p o r tp e p t i d eo f E P S P i sa sl o wa s2 3 ％b e t w e e np l a n t s ．A t p r e s e n t ， n o b o d y h a v er e p o r t e dt h ep h y l e s i sr e s e a r c ht h r o u g hD N A s e q u e n c eo f E P S R A n o l i g o - n u c l e o t i d ep r i m e r w a s d e s i g n e da c c o r d i n g t oac o n s e r v a t i v ef r a g m e n to ft h i s g e n eo f p l a n t s i nG E N E B A N K ．T w o3 - e n d c o d i n gs e q u e n c e s o f t h i sg e n e ( i n c l u d i n gc o m p l e t es e q u e n c e so f e x o n8 , 7 ，6 ，5 ，4a n dp a r t i a ls e q u e n c e so f e x o n3 ) ， o n e ，1 0 9 7 b p ，a n d t h eo t h e r1 1 0 9 b p ，w e r e s u c c e s s f u l l yi s o l a t e df r o m b r a s s i c a e a e " 印w a n db r a s s i c a e a ec a m p e s t r i s ．T h eD N A s e q u e n c ea n a l y s i ss h o w s t h a tt h et w o f r a g m e n t sa r em o r e t h a n9 0 ％i d e n t i c a lt oO r y c h o p h r a g m u s v i o l a c e u s , A r a b i d o p s i s t h a B a n aa n dB r a s s i c a c e a en a p u s ．T h ea n a l y s i so f t h e s et w os e q u e n c e sa n dr e p o r t e d s e q u e n c e s ( t h r e ef a m i l i e s ，1 5s e q u e n c e si nt o t a l ) b yN Jm e t h o da n dt h es i m p l e s t 5 p r i n c i p l es h o w s ，t h ee v o l u t i o n a r yt r e e se s t a b l i s h e db y t h e s et w om e t h o d sa r e c o n s i s t e n ta n dt h es e q u e n c e so f t h es a m ef a m i l yc o n s t i t u t eo n eg r o u p ．T h e s e q u e n c e so f t h a l i a n aa n d t h es e q u e n c e so f B r a s s i c a c e a ee a c hm a k e su pa s u b —g r o u pi ni t 。
T h es e q u e n c e so f v i o l a c e u sd i s t r i b u t ei nB r a s s i c a c e a e s u b —g r o u p a n dt h i sp h e n o m e n as h o w st h a tt h er e l a t i o n s h i pi sv e r yn e a r ．T h er e s u l ta c c o r d st O t h ec l a s s i c a la n a l y s i sa n dt h e3 - e n dc o d i n gs e q u e n c ei sa g o o d m o d e lo fm o l e c u l a r e v o l u t i o na n di ss u i tt Ob eu s e dt oe s t a b l i s ht h ee v o l u t i o nr e l a t i o nm a pb e t w e e n f a m i l ya n dg e n u s i np l a n t s ．T h eN J m a p a n d s i m p l e s tp r i n c i p l em a p b a s e do n3 ’e n d c o d i n gs e q u e n c e sa r ei d e n t i c a lt ot h et w om a p s b a s e dO Dt h ec o m p l e t ec o d i n g 。