植物学报Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ｏｆ Ｂｏｔａｎｙ ２００９， ４４ （２）： １４３?１５８， ｗｗｗ．ｃｈｉｎｂｕｌｌｂｏｔａｎｙ．ｃｏｍ
ｄｏｉ： １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－３４６６．２００９．０２．００２
收稿日期： ２００７－０９－２５； 接受日期： ２００７－１２－２７
基金项目： 深圳市“双百”计划和中国博士后科学基金（Ｎｏ．２００８０４３０２５９）＊ 通讯作者。Ｅ－ｍａｉｌ： ｚｅｎｇｈ＠ｓｚｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
．特邀综述．
ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用
刘红梅１， ２， 张宪春３， 曾辉１， ２＊
１
北京大学深圳研究生院城市人居环境科学与技术重点实验室， 深圳 ５１８０５５； ２北京大学城市与环境学院， 北京 １００８７１
３
中国科学院植物研究所系统与进化植物学国家重点实验室， 北京 １０００９３
摘要 在分子系统学研究中， 目的基因或者基因片段的选择是最关键的一步， 由于进化速率的差异， 不同的ＤＮＡ序列适用于不同分类阶元的系统发育研究。本文综述了目前蕨类分子系统发育研究中常用的ＤＮＡ序列分析， 它们分别来自叶绿体基因组、核基因组和线粒体基因组， 着重阐明叶绿体基因在蕨类分子系统学研究中的应用。本文还简要介绍了分子系统学研究中常见的问题及解决方法（如内类群和外类群的选择， 适宜ＤＮＡ片段的选择策略）， 总结了目前蕨类植物分子系统学研究所取得的进展和研究现状， 展望了当今国际蕨类分子系统学的研究趋势。
关键词 ＤＮＡ序列， 分子系统学， 蕨类植物
刘红梅， 张宪春， 曾辉 （２００９）． ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用． 植物学报 ４４， １４３?１５８．
蕨类植物以孢子繁殖， 具有维管系统是植物进化过程中的一个关键性类群， 起着承上启下的作用（吴兆洪和秦仁昌， １９９１）。蕨类植物在泥盆纪和石炭纪分布广泛且生长繁盛， 是组成早期陆地生态系统的主要成员。蕨类植物也是现代植物界的一个重要成员， 它与藻类、菌类、地衣、苔藓和种子植物并列为现代植物界的６大门类。蕨类植物在演化过程中很早就脱离了水体束缚，适应陆地生态环境， 并且最早出现了真正的维管系统， 其悠久的演化历史和在植物界中承上启下的地位对于探讨植物界的系统演化和陆地生态系统的变迁等具有重要意义（李春香等， ２００４ｃ）， 尤其对于研究整个陆地植物的起源和演化具有极其重要的作用（Ｍａｎｈａｒｔ， １９９４， １９９５；Ｋｅｎｒｉｃｋ ａｎｄ Ｃｒａｎｅ， １９９７； Ｑｉｕ ａｎｄ Ｐａｌｍｅｒ， １９９９； Ｐｒｙｅｒｅｔ ａｌ．， ２００１）。
近年来， 分子生物学技术在植物系统学研究中的应用为人们理解不同生物类群之间的系统发育关系提供了新的证据和手段。与分子生物学技术在被子植物系统发育研究中呈现的繁盛景象相比， 蕨类植物的分子系统学研究仍然处于相对落后的阶段。最早的蕨类分子系统学研究始于Ｓｔｅｉｎ（１９８５）利用叶绿体限制性内切酶对
蕨类植物进行的研究， 而首先利用ＤＮＡ直接测序方法对蕨类植物进行研究的是Ｈａｓｅｂｅ等（１９９３）。蕨类植物的分子系统学研究虽然起步较晚， 但是经过十多年的发展，已经取得了很大的进展。本文仅就这方面的研究作一简要综述， 并侧重介绍ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用。
蕨类分子系统学研究所用的基因片段涉及植物的３个基因组（核基因组、叶绿体基因组和线粒体基因组）。不同的基因组因其结构和功能上的差异， 进化速率有所不同， 因此为不同分类阶元的系统发育研究提供了多样化的可供选择的性状来源。总的来说， 核基因组进化最快， 约为叶绿体基因组的２倍， 线粒体基因组进化最慢，约是叶绿体基因组的１／３（Ｗｏｌｆｅ ｅｔ ａｌ．，１９８７）。目前在蕨类分子系统学研究中应用的基因片段主要来自叶绿体基因组。
１ ＤＮＡ序列在蕨类系统学研究中的应用
１．１ 叶绿体基因组
植物叶绿体基因组（ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ ＤＮＡ， ＣＰＤＮＡ）为闭合的
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双链环状ＤＮＡ， 长约１２０－２２０ ｋｂ（多在１２０－１６０ ｋｂ之间）， 约占植物总ＤＮＡ的１０％－２０％。叶绿体基因组分为４个部分： ２个反向重复区（ＩＲＡ和ＩＲＢ）、大单拷贝区（ｌａｒｇｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｐｙ， ＬＳＣ）和小单拷贝区（ｓｍａｌｌ ｓｉｎｇｌｅｃｏｐｙ， ＳＳＣ）。叶绿体基因组的长度变异主要是由２个反向重复区序列引起的， 该反向重复序列长度约２２－２５ｋｂ。与核基因组相比， 叶绿体基因组ＤＮＡ具有分子量小、多拷贝和结构简单等特点， 而且叶绿体基因在蕨类植物中为母系遗传， 在进化过程中很少发生基因重排事件（Ｇａｓｔｏｎｙ ａｎｄ Ｙａｔｓｋｉｅｖｙｃｈ， １９９２）， 因此有利于对叶绿体基因组进行分析和系统学研究。
１．１．１ 叶绿体编码基因
１．１．１．１ ｒｂｃＬ基因
ｒｂｃＬ基因编码１，５－二磷酸核酮糖羧化酶／氧化酶大亚基，位于ｃｐＤＮＡ的大单拷贝区， 长约１ ４００ ｂｐ。Ｒｉｔｌａｎｄ和Ｃｌｅｇｇ（１９８７）、Ｚｕｒａｗｓｋｉ和Ｃｌｅｇｇ（１９８７）首先提出ｒｂｃＬ基因是用于植物系统发育研究的合适的基因位点。叶绿体ｒｂｃＬ基因是目前在蕨类植物乃至整个植物分子系统学研究中应用最广泛且最重要的分子标记。在种子植物中， ｒｂｃＬ基因一般应用于远缘属间及科以上分类群的研究， 但在蕨类植物中ｒｂｃＬ基因被应用于各个分类阶元的系统学研究。Ｈａｓｅｂｅ等（１９９４，１９９５）利用ｒｂｃＬ基因分别对代表真蕨类所有现存主要谱系５８个类群和蕨类现存３３科中的３１科９９属共２５６条序列构建了系统发育树， 发现紫萁科（Ｏｓｍｕｎｄａｃｅａｅ）是整个薄囊蕨类（ｌｅｐｔｏｓｐｏｒａｎｇｉａｔｅ ｆｅｒｎｓ）植物的基部类群； 水龙骨科（Ｐｏｌｙｐｏｄｉａｃｅａｅ）、禾叶蕨科（Ｇｒａｍｍｉｔｉｄａｃｅａｅ）、骨碎补科（Ｄａｖａｌｌｉａｃｅａｅ）、条蕨科（Ｏｌｅａｎｄｒａｃｅａｅ）、肾蕨科（Ｎｅｐｈｒｏｌｅｐｉｄａｃｅａｅ）、 藤蕨科（Ｌｏｍａｒｉｏｐｓｉｄａｃｅａｅ）、鳞毛蕨科（Ｄｒｙｏｐｔｅｒｉｄａｃｅａｅ）、金星蕨科（Ｔｈｅｌｙｐｔｅｒｉｄａ－ｃｅａｅ）、乌毛蕨科（Ｂｌｅｃｈｎａｃｅａｅ）、铁角蕨科（Ａｓｐｌｅｎｉ－ａｃｅａｅ）和睫毛蕨属（Ｐｌｅｕｒｏｓｏｒｉｏｐｓｉｓ Ｆｏｍｉｎ）构成一个大的单系类群； 鳞毛蕨科（Ｄｒｙｏｐｔｅｒｉｄａｃｅａｅ）和碗蕨科（Ｄｅｎｎｓｔａｄｉａｃｅａｅ）均为多系类群（ｐｏｌｙｐｈｙｌｅｔｉｃ ｇｒｏｕｐ）。Ｗｏｌｆ等（１９９４）、Ｇａｓｔｏｎｙ和Ｒｏｌｌｏ（１９９５）与Ｚｈａｎｇ等（２００５）运用ｒｂｃＬ基因分别探讨了碗蕨类（ｄｅｎｎｓｔａｅｄｔｉｏｉｄｆｅｒｎｓ）、碎米蕨类（ｃｈｅｉｌａｎｔｈｏｉｄ ｆｅｒｎｓ）和珠蕨类（ｃｒｙｐｔｏ－ｇｒａｍｍｏｉｄ ｆｅｒｎｓ）的系统发育关系。李春香和陆树刚（２００６ａ）利用ｒｂｃＬ基因序列构建了鳞毛蕨科的系统发育关系， 提出鳞毛蕨科（秦仁昌系统）的概念应有所扩大， 即认为鳞毛蕨科还应该包括秦仁昌系统的球盖蕨科（Ｐｅｒａｎｅｍａｃｅａｅ）和肋毛蕨属（Ｃｔｅｎｉｔｉｓ Ｃ． Ｃｈｒ．）等类群，而原鳞毛蕨科成员拟贯众属（Ｃｙｃｌｏｐｅｌｔｉｓ Ｊ． Ｓｍｉｔｈ）与鳞毛蕨科其它类群的关系较远， 系统位置需要重新确定。Ｌｉｕ 等（２００７ａ）利用ｒｂｃＬ基因并综合形态学和孢粉学特征对东亚特有的玉龙蕨属（Ｓｏｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍ Ｃｈｒｉｓｔ）进行了系统发育分析， 不支持玉龙蕨属作为独立的属， 认为其应该作为世界广布属耳蕨属（Ｐｏｌｙｓｔｉｃｈｕｍ Ｒｏｔｈ）的异名处理。Ｄｕｂｕｉｓｓｏｎ（１９９７）和Ｄｕｂｕｉｓｓｏｎ等（２００３）利用ｒｂｃＬ基因对瓶蕨属（Ｔｒｉｃｈｏｍａｎｅｓ Ｌ．）的范围和属下划分进行了研究。其它基于ｒｂｃＬ序列进行的科属研究还有球子蕨族（Ｏｎｏｃｌｅｅａｅ）（Ｇａｓｔｏｎｙ ａｎｄ Ｕｎｇｅｒｅｒ， １９９７）、Ｍａｔｏｎｉａｃｅａｅ（Ｋａｔｏ ａｎｄ Ｓｅｔｏｇｕｃｈｉ， １９９８）、铁角蕨科（Ｍｕｒａｋａｍｉ ｅｔ ａｌ．， １９９９）、Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｏｐｓｉｄａｃｅａｅ和Ｌｏｐｈｏｓｏｒｉａｃｅａｅ（Ｗｏｌｆ ｅｔ ａｌ．， １９９９）、紫萁科（Ｙａｔａｂｅｅｔ ａｌ．， １９９９）、卷柏科（Ｓｅｌａｇｉｎｅｌｌａｃｅａｅ）（Ｋｏｒａｌｌ ｅｔ ａｌ．，１９９９）、蹄盖蕨族（Ｐｈｙｓｅｍａｔｉｅａｅ）（Ｓａｎｏ ｅｔ ａｌ．，２０００）、耳蕨属（Ｌｉｔｔｌｅ ａｎｄ Ｂａｒｒｉｎｇｔｏｎ， ２００３）、亚洲耳蕨类（ｐｏｌｙｓｔｉｃｈｏｉｄ ｆｅｒｎｓ）（Ｌｕ ｅｔ ａｌ．， ２００７）和鳞毛蕨科（Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．， ２００７ｂ）。
１．１．１．２ ａｔｐＢ基因
ａｔｐＢ基因位于叶绿体基因组的大单拷贝区， 编码ＡＴＰ合成酶的β亚基， 两边邻接ａｔｐＥ和ｒｂｃＬ基因， 长约１ ４９７ｂｐ。ａｔｐＢ基因进化速率慢， 序列保守但能提供足够的潜在系统发育信息等特性使其在较高分类阶元（目、科和属）的系统学研究中具有一定的价值。Ｗｏｌｆ（１９９７）对２３种蕨类植物进行了ａｔｐＢ基因测序并构建系统发育树，基于ａｔｐＢ基因的系统树拓扑结构与基于ｒｂｃＬ的研究结果一致， 且两个基因的联合分析能够提高系统发育的分辨率。刘红梅等（２００７）利用ａｔｐＢ和ｒｂｃＬ两个基因对国产叉蕨科（Ｔｅｃｔａｒｉａｃｅａｅ）植物进行了系统发育重建， 来自ａｔｐＢ和ｒｂｃＬ基因的系统发育树在拓扑结构上高度一致，
１４５刘红梅等： ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用
且两者的联合分析提高了系统发育关系的分辨率和支持率。刘红梅等（２００７）的研究显示传统的叉蕨科植物是一个多系类群， 其中的肋毛蕨属、轴鳞蕨属（ＤｒｙｏｐｓｉｓＨｏｌｔｔｕｍ ｅｔ Ｅｄｗａｒｄｓ）和节毛蕨属（Ｌａｓｔｒｅｏｐｓｉｓ Ｃｈｉｎｇ）应为鳞毛蕨科成员， 黄腺羽蕨属（Ｐｌｅｏｃｎｅｍｉａ Ｐｒｅｓｌ）也被暂时放入鳞毛蕨科； 其余的５个属， 即轴脉蕨属（Ｃｔｅｎｉｔ－ｏｐｓｉｓ Ｃｈｉｎｇ）、沙皮蕨属（Ｈｅｍｉｇｒａｍｍａ Ｃｈｒｉｓｔ）、牙蕨属（Ｐｔｅｒｉｄｒｙｓ Ｃ． Ｃｈｒ． ｅｔ Ｃｈｉｎｇ）、地耳蕨属（ＱｕｅｒｃｉｆｉｌｉｘＣｏｐ．）和叉蕨属（Ｔｅｃｔａｒｉａ Ｃａｖ．）在系统树上构成一个强支持的分支， 是一自然的单系类群。而Ｇｕｉｌｌｏｎ（２００７）在利用ａｔｐＢ基因构建木贼属（Ｅｑｕｉｓｅｔｕｍ Ｌ．）的系统发育关系时发现， ａｔｐＢ基因进化速率慢， 能提供的系统发育信息有限， 对系统树的分辨率不高， 且发现ａｔｐＢ基因的研究结果不同于其它３个叶绿体基因（ｒｂｃＬ、ｔｒｎＬ－Ｆ和ｒｐｓ４）。
１．１．１．３ ｒｐｓ４基因
ｒｐｓ４基因编码叶绿体小亚基蛋白４， 其进化速率较ｒｂｃＬ快， 在蕨类植物中的长度约为５００ ｂｐ。ｒｐｓ４基因一般与ｒｂｃＬ、ａｔｐＢ、ｔｒｎＬ－Ｆ和ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ基因或基因间隔区联合使用进行系统发育分析， 但亦有单独利用ｒｐｓ４基因进行的系统学研究（例如木贼属）（Ｇｕｉｌｌｏｎ， ２００４）。Ｓｍｉｔｈ和Ｃｒａｎｆｉｌｌ（２００２）利用ｒｐｓ４、ｔｒｎＳ和ｔｒｎＬ－Ｆ对金星蕨科进行了系统发育重建， 支持金星蕨科的单系性， 并将科下分为２个类群： 卵果蕨类群（ｐｈｅｇｏｐｔｅｒｏｉｄ）和金星蕨类群（ｔｈｅｌｙｐｔｅｒｏｉｄ）。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等（２００２）根据ｒｂｃＬ和ｒｐｓ４基因并综合形态学特征， 认为雨蕨属（Ｇｙｍｎｏｇ－ｒａｍｍｉｔｉｓ Ｇｒｉｆｆｉｔｈ）是水龙骨类（ｐｏｌｙｇｒａｍｍｏｉｄ ｆｅｒｎｓ）成员，而不是传统观点认为的骨碎补科成员。李春香和陆树刚（２００５）利用ｒｂｃＬ、ｒｐｓ４、ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ和ｔｒｎＬ－Ｆ共４个基因（片段）对龙骨星蕨（Ｍｉｃｒｏｓｏｒｕｍ ｍｅｍｂｒａｎａｃｅｕｍｖａｒ． ｃａｒｉｎａｔｕｍ Ｗ． Ｍ． Ｃｈｕ ＆ Ｚ． Ｒ． Ｈｅ）与其原变种膜叶星蕨（Ｍ． ｍｅｍｂｒａｎａｃｅｕｍ ｖａｒ． ｍｅｍｂｒａｎａｃｅｕｍ）的关系进行研究时发现， 两种植物形态上很容易区分， 其４个基因片段的序列差异均很小， 因此不支持龙骨星蕨变种的成立。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等（２００４ｃ）和Ｓáｎｃｈｅｚ－Ｂａｒａｃａｌｄｏ（２００４）利用ｒｐｓ４基因并联合其它基因片段分别对水龙骨类、Ｊａｍｅｓｏｎｉａ Ｈｏｏｋ． ＆ Ｇｒｅｖ．和Ｅｒｉｏｓｏｒｕｓ Ｆéｅ进行了系统发育和生物地理学研究。
１．１．１．４ １６Ｓ ｒＤＮＡ基因
１６Ｓ ｒＤＮＡ编码叶绿体基因组核糖体小亚基， 在蕨类植物中长约１ ４７４ ｂｐ， 进化速率较ｒｂｃＬ基因慢， 适用于较高分类阶元的系统学研究。Ｍａｎｈａｒｔ（１９９５）对１２种蕨类、２种苔藓和８种种子植物进行类群取样， 利用１６ＳｒＤＮＡ序列构建了系统发育树， 结果显示紫萁属（Ｏｓｍ－ｕｎｄａ Ｌ．）是薄囊蕨类的基部类群， 松叶蕨科（Ｐｓｉｌｏｔａｃｅａｅ）和瓶尔小草科（Ｏｐｈｉｏｇｌｏｓｓａｃｅａｅ）形成姐妹群关系， 该结果与基于ｒｂｃＬ的结果（Ｍａｎｈａｒｔ， １９９４）一致。
１．１．１．５ ａｔｐＡ基因
ａｔｐＡ位于叶绿体基因组的大单拷贝区, 编码ＡＴＰ合成酶的α亚基， 在蕨类植物中一般长约１ ５２４ ｂｐ。Ｓｃｈｕｅｔｔ－ｐｅｌｚ等（２００６）对ａｔｐＡ基因在蕨类分子系统学研究中的可行性进行了探讨， 研究显示， ａｔｐＡ基因较之其它４个常用基因片段（ｒｂｃＬ、ａｔｐＢ、１８Ｓ和ｒｐｓ４）具有更多的序列变异位点， 系统发育关系的支持率和分辨率强， 且能够分辨其它４个基因片段所不能解决的系统发育关系。因此， 作者认为ａｔｐＡ基因对于构建蕨类植物较深节点的系统发育关系和对蕨类植物进行密集取样构建蕨类植物大系统均具有很高的应用价值。同时， 作者认为ａｔｐＡ基因也可以应用到其它植物类群（如种子植物）的系统发育研究中。虽然具有较好的应用潜力， 但目前ａｔｐＡ基因在蕨类分子系统学研究中的应用还不够广泛。Ｋｏｒａｌｌ等（２００６）利用ａｔｐＡ基因和其它３个叶绿体基因片段（ｒｂｃＬ、ａｔｐＢ和ｒｐｓ４）对树蕨类（ｔｒｅｅ ｆｅｒｎｓ）植物进行了系统发育重建， 研究显示所有树蕨类植物构成了一个很好的单系群， 并可以划分出４个单系分支， 但是传统概念上的蚌壳蕨科（Ｄｉｃｋｓｏｎｉａｃｅａｅ）和桫椤科（Ｃｙａｔｈｅａｃｅａｅ）需要重新进行定义， 以确保科的单系性。
１．１．１．６ ａｃｃＤ基因
ａｃｃＤ基因编码乙酰辅酶Ａ羧化酶的β亚基。Ｅｂｉｈａｒａ等（２００４）综合ｒｂｃＬ、ａｃｃＤ和ｒｂｃＬ－ａｃｃＤ片段对
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Ｍｉｃｒｏｔｒｉｃｈｏｍａｎｅｓ （Ｍｅｔｔ． ｅｘ Ｐｒａｎｔｌ） Ｃｏｐｅｌａｎｄ进行系统发育重建， 研究结果表明Ｍｉｃｒｏｔｒｉｃｈｏｍａｎｅｓ为一多系类群， 作者根据分子系统学的研究结果并结合形态特征对Ｍｉｃｒｏｔｒｉｃｈｏｍａｎｅｓ做了种的归并和处理。
１．１．２ 叶绿体基因间隔区
基因间隔区因不参加转录翻译过程， 在功能上的限制较少， 受到的选择压力也较小， 变异较为自由， 因此比编码基因能够提供更多的系统发育信息。现介绍３种目前在蕨类分子系统学研究中应用较多的叶绿体基因间隔区。
１．１．２．１ ｔｒｎＬ－Ｆ基因间隔区
编码转运ＲＮＡ（ｔＲＮＡ）的ｔｒｎＬ基因位于叶绿体的大单拷贝区， 中间被一长约３９０－６１５ ｂｐ的内含子分隔为两部分（Ｔａｂｅｒｌｅｔ ｅｔ ａｌ．， １９９１）。在结构上， 此区段与ｔｒｎＦ基因相邻， 两者之间有一长１６０－４４０ ｂｐ的基因间隔区， 该间隔区（ｔｒｎＬ－Ｆ）常被用于系统学研究。在蕨类植物中，ｔｒｎＬ－Ｆ序列一般用于科内属间或者属下的系统学研究，且常与其它基因片段（ｒｂｃＬ、ｒｐｓ４和ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ）联合进行系统发育分析。王玛丽等（２００３）利用ｔｒｎＬ－Ｆ序列重建蹄盖蕨科（Ａｔｈｙｒｉａｃｅａｅ）的系统发育关系， 将其划分为冷蕨亚科、蹄盖蕨亚科、双盖蕨亚科、轴果蕨亚科和Ｄｅｐａｒｉｏｉｄｅａｅ ５个亚科， 并在属的等级上进行了相应的处理。Ｈａｕｋ等（２００３）利用ｒｂｃＬ和ｔｒｎＬ－Ｆ基因片段对瓶尔小草科（Ｏｐｈｉｏｇｌｏｓｓａｃｅａｅ）进行系统发育分析， 研究表明该科为一单系类群， 科下分为２个大的分支； ｒｂｃＬ和ｔｒｎＬ－Ｆ的联合分析显示， 狭义小阴地蕨属（Ｂｏｔｒｙｃｈｉｕｍｓ．ｓ．）和狭义瓶尔小草属（Ｏｐｈｉｏｇｌｏｓｓｕｍ ｓ．ｓ．）均为单系类群， 而假阴地蕨属（Ｂｏｔｒｙｐｕｓ Ｍｉｃｈｘ）是并系（ｐａｒａｐｈｙｌｅｔｉｃ）类群。Ｇｅｉｇｅｒ和Ｒａｎｋｅｒ（２００５）根据ｒｂｃＬ和ｔｒｎＬ－Ｆ对产自夏威夷岛的鳞毛蕨属（Ｄｒｙｏｐｔｅｒｉｓ Ａｄａｎｓｏｎ）进行了系统发育重建和生物地理学研究， 认为鳞毛蕨属特有分布在夏威夷地区的物种不是一个自然的单系类群， 它们各自的近缘类群均来自东南亚， 先后经过５次扩散事件形成了夏威夷岛鳞毛蕨属植物现在的分布格局； 作者同时根据ＤＮＡ序列证据建议把肉刺蕨属（ＮｏｔｈｏｐｅｒａｎｅｍａＣｈｉｎｇ）作为鳞毛蕨属的异名处理， 以保证鳞毛蕨属的单系性。Ｒｏｕｈａｎ等（２００４）和Ｓｋｏｇ等（２００４）分别利用ｔｒｎＬ－Ｆ和ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ， ｔｒｎＬ－Ｆ、ｒｂｃＬ和ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ序列对舌蕨属（Ｅｌａｐｈｏｇｌｏｓｓｕｍ Ｊ． Ｓｍｉｔｈ）进行了分子系统发育重建。此外， Ｌｉ 等（２００４）根据ｔｒｎＬ－Ｆ序列对国产凤尾蕨属（Ｐｔｅｒｉｓ Ｌ．）进行了系统发育重建。李春香等（２００４ａ）运用ｔｒｎＬ－Ｆ序列确定了滇南桫椤（Ａｌｓｏｐｈｉｌａ ａｕｓｔｒｏｙｕ－ｎｎａｎｅｎｓｉｓ Ｓ． Ｇ． Ｌｕ）的系统位置。王艇等（２００３）和Ｓｕ等（２００５ａ）利用ｔｒｎＬ－Ｆ序列对中国桫椤科（Ｃｙａｔｈｅａｃｅａｅ）植物进行了系统学和居群遗传学研究。ｖａｎ ｄｅｎ Ｈｅｅｄｅ等（２００３）和Ｌｕ等（２００５）分别联合ＩＴＳ和ｒｂｃＬ序列对铁角蕨属（Ａｓｐｌｅｎｉｕｍ Ｌ．）和贯众属（Ｃｙｒｔｏｍｉｕｍ Ｃ． Ｐｒｅｓｌ）进行了系统发育分析。
１．１．２．２ ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ基因间隔区
该基因间隔区位于ｒｐｓ４基因和ｔｒｎＳ基因之间， 序列长度变异较大， 甚至同一个属的不同物种在序列长度、插入和缺失的程度上也存在较大变异（Ｈｅｎｎｅｑｕｉｎ ｅｔ ａｌ．，２００３）。因此它多用于较低分类阶元的系统学研究， 且常与其它基因片段（ｒｂｃＬ、ｔｒｎＬ－Ｆ和ｒｐｓ４）结合使用。Ｈｅｎｎｅｑｕｉｎ等（２００３）综合３条基因序列（ｒｂｃＬ、ｒｐｓ４和ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ）对广义膜蕨属（Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｕｍ ｓ．ｌ．）进行了系统发育分析， 认为应该把Ｃａｒｄｉｏｍａｎｅｓ Ｃ． Ｐｒｅｓｌ、Ｓｅｒｐｙｌｌｏｐｓｉｓ ｖａｎ ｄｅｎ Ｂｏｓｃｈ和ＲｏｓｅｎｓｔｏｃｋｉａＣｏｐｅｌａｎｄ归并入膜蕨属（Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｕｍ Ｊ． Ｅ． Ｓｍ．）。Ｋｒｅｉｅｒ和Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ（２００６）利用ｒｂｃＬ、ｔｒｎＬ－Ｆ、ｒｐｓ４和ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ序列对鹿角蕨属（Ｐｌａｔｙｃｅｒｉｕｍ Ｄｅｓｖ．）进行系统学和谱系地理学分析， 认为鹿角蕨属可以分为两支， 一支由分布在非洲、马达加斯加和南美洲的类群组成， 另一支则由澳大利亚的类群组成， 这两支又分别划分为不同的亚支。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等（２００４ａ）利用４个基因片段（ｒｂｃＬ、ｔｒｎＬ－Ｆ、ｒｐｓ４和ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ）对ＴｈｙｌａｃｏｐｔｅｒｉｓＫｕｎｚｅ ｅｘ Ｊ． Ｓｍｉｔｈ进行了系统发育重建。多基因联合分析显示， Ｔｈｙｌａｃｏ－ｐｔｅｒｉｓ与Ｇｏｎｉｏｐｈｌｅｂｉｕｍ （Ｂｌ．） Ｃ．Ｐｒｅｓｌ具有较近的亲缘关系， 并且Ｇｏｎｉｏｐｈｌｅｂｉｕｍ、Ｌｅｃａｎｏｐｔｅｒｉｓ Ｒｅｉｎｗａｒｄｔ、瓦韦属（Ｌｅｐｉｓｏｒｕｓ Ｃｈｉｎｇ）和星蕨属（Ｍｉｃｒｏｓｏｒｕｍ Ｌｉｎｋ）均起源于马来西亚， 然后分别扩散到亚洲、澳大利亚、非洲和太平洋地区。
１４７刘红梅等： ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用
１．１．２．３ ａｔｐＢ－ｒｂｃＬ基因间隔区
该基因间隔区在被子植物中长约９００ ｂｐ， 多用于科间、族间和属间的研究（田欣和李德铢， ２００２）。ａｔｐＢ－ｒｂｃＬ基因间隔区在蕨类植物中长约６５０ ｂｐ， 目前该基因间隔区在蕨类植物中的应用还不广泛。Ｓｕ等（２００４， ２００５ｂ）利用ａｔｐＢ－ｒｂｃＬ序列分别对分布于中国海南、广东和广西的桫椤（Ａｌｓｏｐｈｉｌａ ｓｐｉｎｕｌｏｓａ Ｗａｌｌ． ｅｘ Ｈｏｏｋ． Ｔｒｙｏｎ）和黑桫椤（Ａ． ｐｏｄｏｐｈｙｌｌａ Ｈｏｏｋ．）居群进行了遗传结构和系统地理学分析。Ｗａｎｇ等（２００４）对桫椤进行了ａｔｐＢ－ｒｂｃＬ序列测定和居群遗传学分析。
１．２ 核基因组
核基因组（ｎｕｃｌｅａｒ ＤＮＡ， ｎＤＮＡ）ＤＮＡ为双亲遗传， 因此可以更客观真实地反映物种本来的亲缘关系， 有利于解决网状进化的问题。但由于核基因组结构复杂， 且大部分核基因存在直系同源（ｏｒｔｈｏｌｏｇｏｕｓ）和旁系同源（ｐａｒａｌｏ－ｇｏｕｓ）基因的问题， 因此使核基因的应用复杂化。目前核基因组序列在植物系统学中的应用主要集中在编码核糖体ＲＮＡ的重复区（田欣和李德铢， ２００２）， 且一般是应用于较高分类阶元的系统发育或者揭示早期陆地植物演化事件等方面的研究。
１．２．１ 核核糖体ＤＮＡ（ｎｒＤＮＡ）
核糖体广泛存在于植物的叶绿体、线粒体和细胞质中，分为大小两个亚基， 每个亚基又由核糖体ＲＮＡ（ｒＲＮＡ）及其相关蛋白组成， 其中编码核糖体小亚基ｒＲＮＡ的１８Ｓ、５．８Ｓ和２６Ｓ基因共同构成一个转录单位， 串联排列在核染色体上（田欣和李德铢， ２００２）。在高等植物中， ｎｒＤＮＡ的编码区序列高度保守， 序列差异主要表现在非编码区， 因此编码区序列（１８Ｓ和２６Ｓ ｒＤＮＡ）一般用于较高分类阶元的系统发育重建和陆地植物早期演化事件的研究， 而非编码区（ＩＴＳ， ＩＧＳ）序列则用于较低分类阶元的系统学和生物地理学研究。
１．２．１．１ １８Ｓ ｒＤＮＡ基因
在植物核基因组中， １８Ｓ基因编码核糖体小亚基的１８ＳｒＲＮＡ， 在蕨类植物中长约１ ８００ ｂｐ（Ｗｏｌｆ， １９９５）。Ｗｏｌｆ（１９９５）通过对碗蕨科１８Ｓ ｒＤＮＡ与ｒｂｃＬ基因的比较研究发现， １８Ｓ ｒＤＮＡ的变异速率较ｒｂｃＬ慢， 约是后者演化速率的１／９。因此１８Ｓ ｒＤＮＡ基因适用于解决蕨类植物高级分类阶元（科或者科以上）的系统关系和对蕨类植物早期演化事件的研究。Ｋｒａｎｚ和Ｈｕｓｓ（１９９６）利用１８ＳｒＲＮＡ基因序列探讨了蕨类植物的分子进化问题及蕨类植物与种子植物的关系， 材料涉及蕨类植物的所有现存谱系及所有现存陆生植物中大的谱系。结果显示， 石松类（ｌｙｃｏｐｈｙｔｅｓ）植物为一单系类群， 是现存维管植物的最早分支； 较之其它蕨类植物， 松叶蕨类（ｐｓｉｌｏｐｈｙｔｅｓ）与种子植物具有更近的亲缘关系。
１．２．１．２ ２６Ｓ ｒＤＮＡ基因
编码核糖体大亚基的２６Ｓ ｒＲＮＡ， 在蕨类植物中的变异速率介于１８Ｓ ｒＤＮＡ和ｒｂｃＬ基因之间。Ｗｏｌｆ（１９９６）通过对几种蕨类植物２６Ｓ ｒＤＮＡ扩增和系统学分析认为，２６Ｓ ｒＤＮＡ在解决蕨类植物较深节点上的关系时能够提供系统学信息， 但是序列难以扩增且序列中较多不确定位点限制了其在系统学研究中的应用。Ｋｏｒａｌｌ和Ｋｅｎｒ－ｉｃｋ （２００４）利用２６Ｓ ｒＤＮＡ对卷柏科进行了系统学分析，２６Ｓ ｒＤＮＡ的结果与ｒｂｃＬ结果一致， 并且发现卷柏科植物在３个基因组中均存在基因变异速率较其它蕨类类群快的特点。
１．２．２ 核糖体基因间隔区
１．２．２．１ 内转录间隔区
内转录间隔区（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｔｒａｎｓｃｒｉｂｅｄ ｓｐａｃｅｒ， ＩＴＳ）位于１８Ｓ和２６Ｓ ｒＲＮＡ基因之间， 被５．８Ｓ ｒＲＮＡ基因分为两段， 即ＩＴＳ－１和ＩＴＳ－２。Ｗｏｌｆ（１９９６）认为ＩＴＳ－１区段可以用于研究蕨类植物属内种间或者种下关系， 而对分析属间关系没有分辨率。ｖａｎ ｄｅｎ Ｈｅｅｄｅ等（２００３）利用ｒｂｃＬ、ｔｒｎＬ－Ｆ和ｎｒＩＴＳ序列， 并综合细胞学和形态学性状对铁角蕨属药蕨亚属（ｓｕｂｇｅｎｕｓ Ｃｅｔｅｒａｃｈ （Ｗｉｌ－ｌｄ．） Ｂｉｒ）进行了系统发育分析， 研究结果显示药蕨亚属为一多系类群， 可以分为两个进化支， 作者同时依据ＤＮＡ序列及细胞学证据对该亚属的形态学性状进行了重新定义。
148植物学报 ４４（２） ２００９
１．２．２．２ 外转录间隔区
ｎｒＤＮＡ重复单位中的外转录间隔区（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｔｒａｎｓｃｒｉｂｅｄｓｐａｃｅｒ， ＥＴＳ）位于１８Ｓ基因的上游， 其长度在不同类群间的变异较大， 因此在近缘类群的系统发育重建、杂交及物种谱系地理学研究方面具有潜力。Ｓáｎｃｈｅｚ－Ｂａｒａｃａｌｄｏ（２００４）利用１８Ｓ－２６Ｓ ｎｒＤＮＡ的ＥＴＳ序列结合ｒｐｓ４、ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ基因片段对Ｊａｍｅｓｏｎｉａ和Ｅｒｉｏｓｏｒｕｓ进行了系统发育重建和谱系地理学研究， 结果显示，Ｊａｍｅｓｏｎｉａ和Ｅｒｉｏｓｏｒｕｓ两属均不是单系， 分别为多系和并系， 而且Ｊａｍｅｓｏｎｉａ在演化上经历了一次快速的辐射分化事件。
１．３ 线粒体基因组
植物线粒体基因组（ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ ＤＮＡ， ｍｔＤＮＡ）的进化速率较叶绿体基因组更慢， 因此能够提供的系统发育信息有限， 而且线粒体基因组在大小和结构上十分不稳定（高频率重排、重复或缺失以及外源ＤＮＡ的转入等）（Ｄｕｆｆ ａｎｄ Ｎｉｃｋｒｅｎｔ， １９９９； 郭亚龙和葛颂， ２００４）。Ｄｕｆｆ和Ｎｉｃｋｒｅｎｔ（１９９９）利用线粒体小亚基序列（１９Ｓ ｒＤＮＡ）对陆地植物各个主要谱系进行的系统分析显示， 石松类植物形成一个单系群， 是整个维管植物的基部类群； 厚囊蕨类（ｅｕｓｐｏｒａｎｇｉａｔｅ ｆｅｒｎｓ）和薄囊蕨类共同构成一个单系类群， 木贼类是薄囊蕨类的姐妹群。目前线粒体基因在蕨类分子系统学研究中的应用还不广泛， 所用的线粒体基因片段主要有： ａｔｐ１、ｎａｄ２、ｎａｄ５、ｃｏｘＩＩＩ和ｍｔＩＴＳ。
１．４ 蕨类分子系统学研究的多性状和多基因联合分析
不同的ＤＮＡ序列在分类群间的进化速率存在差异， 因此适用于不同分类阶元的系统学研究。但是单一基因片段所能提供的系统学信息仍然十分有限， 因此愈来愈多的研究者开始注重将多个不同来源或者功能的适用ＤＮＡ序列相互结合， 或与传统的形态学（广义）性状结合起来共同分析， 以期获得更多的系统发育信息， 进而得到更接近真实系统发育关系的研究结果。目前蕨类分子系统学研究基于这种多性状和多基因联合分析（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｇｅｎｅａｎａｌｙｓｅｓ）已经取得了一系列的重要进展。
１．４．１ 分子数据与形态性状（广义）的联合分析
Ｐｒｙｅｒ等（１９９５）利用７７个形态和解剖学性状并结合ｒｂｃＬ基因对蕨类现存各个主要谱系的５０个分类群构建了系统发育树， 来自形态学的研究结果与ｒｂｃＬ结果基本一致， 两者均支持薄囊蕨类为一单系类群， 紫萁属是薄囊蕨类的基部类群， 而且形态数据（广义）与ｒｂｃＬ基因的联合分析提高了系统发育树的分辨率和支持率。Ｐｒｙｅｒ等（２００１）综合形态学和来自叶绿体基因组（ｒｂｃＬ、ａｔｐＢ和ｒｐｓ４）和核基因组（１８Ｓ ｒＤＮＡ）的４个基因片段对现存维管植物的主要谱系进行系统发育重建。研究结果显示， 现存维管植物分为３个单系类群： （１）石松类； （２）种子植物；（３）松叶蕨类、木贼类和其它所有蕨类植物。其中， 石松类是其它现存维管植物的姐妹群， 木贼和真蕨类（ｆｅｒｎｓ）是种子植物现存的最近姐妹群。Ｐｒｙｅｒ等（２００１）的研究表明蕨类植物为一并系类群， 因此对传统认为蕨类植物是一个单系类群的观点提出了挑战和异议。
１．４．２ 多基因联合分析
Ｗｏｌｆ（１９９５）利用叶绿体ｒｂｃＬ和核１８Ｓ ｒＲＮＡ基因探讨广义碗蕨科（Ｄｅｎｎｓｔａｅｄｔｉａｃｅａｅ ｓ．ｌ．）的科下关系， 两个基因的分析显示广义碗蕨科和碗蕨属（Ｄｅｎｎｓｔａｅｄｔｉａ Ｂｅｒｎｈ）均不是单系类群， 稀子蕨属（Ｍｏｎａｃｈｏｓｏｒｕｍ Ｋｕｎｚｅ）应作为碗蕨科成员。Ｌｕ等（２００５）利用ｒｂｃＬ和ｔｒｎＬ－Ｆ序列对贯众属的系统发育重建表明， 传统的贯众属不是单系类群， 贯众属羽裂亚系（Ｃｙｒｔｏｍｉｕｍ ｓｕｂｓｅｒｉｅｓ ＢａｌａｎｓａｎａＣｈｉｎｇ ｅｔ Ｓｈｉｎｇ）与柳叶蕨属（Ｃｙｒｔｏｇｏｎｅｌｌｕｍ Ｃｈｉｎｇ）、 鞭叶蕨属（Ｃｙｒｔｏｍｉｄｉｃｔｙｕｍ Ｃｈｉｎｇ）和多羽耳蕨（Ｐｏｌｙｓｔｉ－ｃｈｕｍ ｓｕｂａｃｕｔｉｄｅｎｓ Ｃｈｉｎｇ ｅｘ Ｌ． Ｌ． Ｘｉａｎｇ）构成一个单系类群， 而贯众属羽裂亚系之外的其它类群构成一个单系群。Ｋｏｒａｌｌ等（２００６）综合ｒｂｃＬ、ｒｐｓ４、ａｔｐＡ和ａｔｐＢ共４个基因对树蕨类进行的系统发育研究显示， 所有的树蕨类植物组成一个单系群， 其中瘤足蕨科（Ｐｌａｇｉｏｇ－ｙｒｉａｃｅａｅ）、Ｌｏｘｏｍａｔａｃｅａｅ和Ｍｅｔａｘｙａｃｅａｅ为单系类群， 而桫椤科和蚌壳蕨科的单系性没有得到分辨和支持，因此需要进一步的研究和范围界定。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等
１４９刘红梅等： ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用
（２００４ｂ）根据ｒｂｃＬ和ｒｐｓ４基因推断蕨类植物和其它维管植物的起源和分化时间， 认为现存蕨类植物起源于一次近期的分化事件， 现存水龙骨类（物种数占现存蕨类总数的８０％以上）的分化时间约在白垩纪， 晚于种子植物的起源时间。
２ ＤＮＡ序列为蕨类系统学研究引入新的观点和证据
蕨类植物是一群非常古老的植物， 在其漫长的演化过程中丢失了大量的系统发育信息， 同时蕨类植物可用的形态学性状较少（相比种子植物大量可用的繁殖性状而言），且存在同源性状不易判定等因素， 因此仅利用形态学性状对蕨类植物进行系统发育重建面临着很多困难。与形态学性状相比， ＤＮＡ序列记录了进化过程中发生的每一事件， 含有极丰富的进化信息， 可以为系统发育研究提供更为直接和可靠的证据（顾红雅， １９９９）， 且ＤＮＡ序列不易受到环境和生物体自身特点的影响， 因此系统发育重建中分子性状的引入为蕨类系统学研究增加了新的证据和手段， 使系统发育分析数据剧增， 在一定程度上弥补了形态学研究的局限性和不足， 并为我们对这一类群的研究和理解带来了新的观点和认识。
Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｏｐｓｉｄａｃｅａｅ为一单型科， 仅分布在Ｒｏｒａｉｍａ、Ｇｕｙａｎａ和巴西最北部地区。不同分类学家关于Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｏｐｓｉｄａｃｅａｅ在薄囊蕨类中的系统位置存在较大争议。Ｌｅｌｌｉｎｇｅｒ（Ｗｏｌｆ ｅｔ ａｌ．， １９９９）根据孢子囊群边生及孢子的特征认为Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｏｐｓｉｄ－ａｃｅａｅ与碗蕨科近缘。Ｔｒｙｏｎ和Ｌｕｇａｒｄｏｎ（１９９０）通过孢子扫描电镜观察， 发现Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｏｐｓｉｄａｃｅａｅ和桫椤科植物均具有深疣状的孢子纹饰， 因此认为两者的关系更近。Ｍｉｃｋｅｌ（１９７３）依据羽片狭缩和羽片无气孔的特点， 认为Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｏｐｓｉｄａｃｅａｅ与膜蕨科（Ｈｙｍｅｎｏｐ－ｈｙｌｌａｃｅａｅ）近缘。Ｗｏｌｆ等（１９９９）利用ｒｂｃＬ基因对Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｏｐｓｉｄａｃｅａｅ进行系统学研究， 发现Ｈｙｍｅｎｏｐｈｙｌｌｏｐｓｉｄａｃｅａｅ在系统树上与树蕨类形成一支， 尤其是与Ｃｙａｔｈｅａ Ｊ．Ｅ． Ｓｍｉｔｈ形成姐妹群关系。
Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等（２００２）通过对ｒｂｃＬ和ｒｐｓ４基因的联合分析， 确定了雨蕨属属于水龙骨类成员， 改变了原来基于形态学证据（主要是羽片的分裂式样）一直把雨蕨属置于骨碎补科的观点。同时， 通过对一些形态性状的重新研究分析， 作者发现雨蕨属亦有很好的形态学性状（如无囊群盖且染色体基数为３６等）支持其与水龙骨类成员的近缘关系。Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ等（２００２）的研究对以后在其它类群进行系统学研究给出了启示， 即利用单一的形态学性状对分类群进行处理往往是不可靠的， 分子证据的引入为我们重新审视形态学性状以及这些性状在类群中的演化提供了新的思路和手段。
长期以来， 蕨类植物各个主要谱系之间的系统关系以及蕨类植物在整个陆地植物中的地位一直是蕨类系统学家力图澄清的问题。比较形态学研究认为松叶蕨类是现存蕨类植物的最基部类群， 也是整个维管植物的基部类群（Ｐｉｃｈｉ Ｓｅｒｍｏｌｌｉ， １９５９； Ｐａｒｅｎｔｉ， １９８０； Ｂｒｅｍｅｒ，１９８５； Ｂｒｅｍｅｒ ｅｔ ａｌ．， １９８７）， 但是近年来的分子证据支持石松类是其它现存维管植物的姐妹群（Ｋｅｎｒｉｃｋ ａｎｄＣｒａｎｅ， １９９１， １９９７； Ｒａｕｂｅｓｏｎ ａｎｄ Ｊａｎｓｅｎ， １９９２；Ｋｒａｎｚ ａｎｄ Ｈｕｓｓ， １９９６； Ｐｒｙｅｒ ｅｔ ａｌ．， ２００１， ２００４）， 而松叶蕨类位于ｍｏｎｉｌｏｐｈｙｔｅｓ内部， 与瓶尔小草科构成姐妹群关系（Ｈａｓｅｂｅ ｅｔ ａｌ．， １９９５； Ｍａｎｈａｒｔ， １９９５； Ｗｏｌｆ，１９９７； Ｑｉｕ ｅｔ ａｌ．， １９９８； Ｐｒｙｅｒ ｅｔ ａｌ．， ２００１， ２００４）。
蕨类植物有真正的根、茎和叶的分化， 具有维管系统， 在生活史中具有两个彼此独立生活的世代交替， 且仍以孢子繁殖， 因此传统观点认为蕨类植物是一个单系类群， 并通俗地划分为真蕨类和拟蕨类（ｆｅｒｎ ａｌｌｉｅｓ）。随着分子生物学手段在蕨类系统学中的引入和应用， 这些观点均受到了分子证据的挑战和质疑（Ｐｒｙｅｒ ｅｔ ａｌ．， ２００４）。Ｓｍｉｔｈ等（２００６）综合目前蕨类分子系统学的研究结果，提出了一个基于形态和分子证据（多基因联合分析）的全新蕨类植物系统（科级水平）（图１）。在这个分类系统中，现存蕨类植物被分为两大支， 一支由石松类组成， 包括石松目（Ｌｙｃｏｐｏｄｉａｌｅｓ， ｃｌｕｂｍｏｓｓｅｓ）、水韭目（Ｉｓｏéｔａｌｅｓ，ｑｕｉｌｌｗｏｒｔｓ）和卷柏目（Ｓｅｌａｇｉｎｅｌｌａｌｅｓ， ｓｐｉｋｅｍｏｓｓｅｓ）， 占现存维管植物总数不到１％； 另一支由ｍｏｎｉｌｏｐｈｙｔｅｓ组成， 包括５个大的谱系： 松叶蕨目（ｗｈｉｓｋ ｆｅｒｎｓ，Ｐｓｉｌｏｔａｌｅｓ）、瓶尔小草目（ｏｐｈｉｏｇｌｏｓｓｏｉｄ ｆｅｒｎｓ，
150植物学报 ４４（２） ２００９
Ｏｐｈｉｏｇｌｏｓｓａｌｅｓ）、木贼目（ｈｏｒｓｅｔａｉｌｓ， Ｅｑｕｉｓｅｔａｌｅｓ）、合囊蕨目（ｍａｒａｔｔｉｏｉｄ ｆｅｒｎｓ， Ｍａｒａｔｔｉａｌｅｓ）和薄囊蕨类， 被划分为４纲１１目共３７个科（其中３２个科为单系类群）。在这个新的分类系统中， 传统上基于形态学证据定义的一些目和科被拆分、归并和重新组合， 如鳞毛蕨科（Ｋｒａｍｅｒ ｅｔ ａｌ．， １９９０）的成员被分别放置在５个独立的科： 岩蕨科（Ｗｏｏｄｓｉａｃｅａｅ）、球子蕨科（Ｏｎｏｃｌｅａｃ－ｅａｅ）、鳞毛蕨科、叉蕨科和藤蕨科。Ｓｍｉｔｈ等（２００６）的分类系统综合了形态学和分子系统学研究的结果， 反映了最新的蕨类植物的内部关系以及蕨类植物与其它维管植物之间的关系。但是该分类系统主要是在目和科的水平， 一些在目前研究中仍不是单系的科（如鳞毛蕨科、岩蕨科和水龙骨科）以及大部分的科下属间及属下分类问题还需要大量的形态和分子方面的研究。
３ 蕨类分子系统学研究中的常见问题及解决策略
３．１ 内类群和外类群的选择策略
在进行系统学研究时， 内类群和外类群的选择非常重要。在进行一个类群的系统学研究时， 所要研究类群（即内类群）的选择范围及取样密度对研究结果有很大的影响， 包括在分析中的类群越多， 越能降低甚至避免分析中的误差和错误。因此， 最理想的做法应是对尽可能多的分类单元进行取样， 这样才能使所选类群有充分的代表性。但是尽可能多的类群取样在实际操作中受到很多因素的制约， 比如实验材料的来源（对于拥有较多灭绝谱系的类群， 类群取样是一个制约因素）， 而且对于庞大的数据矩阵， 进行数据分析也会受到计算机和分析软件的限制。因此， 一般情况下， 内类群的选择既要能够代表所研究类群在分类学上的多样性， 也要能够代表形态性状或者地理分布上的多样性。在进行大尺度的系统发育重建时， 是选择尽可能多的内类群还是选择尽可能多的性状（如包括在分析中的基因片段的数量）往往存在不同的观点。Ｑｉｕ等（２００７）的研究认为， 在进行大尺度的系统发育研究时， 可以采取折中的方法， 即选择适当数量的内类群， 同时选择适当数量的性状。
合适的外类群对于理解类群间的系统关系、性状的演化和演化极性起着决定性的作用。在选择外类群时， 外类群必须与内类群关系很近， 同时外类群与内类群之间的序列差异也必须较内类群之间的差异更显著。由于较远的外类群与内类群序列间存在较多的随机特性，因此选择亲缘关系太远的类群作为外类群将会导致出现长枝吸引效应（ｌｏｎｇ ｂｒａｎｃｈ ａｔｔｒａｃｔｉｏｎ， ＬＢＡ）和对系统树的错误预测（Ｍｏｕｎｔ， ２００３）。最适宜的外类群应该为内类群最近的姐妹群。
３．２ 基因或者基因片段的选择策略
针对特定的系统学问题选择合适的基因片段是分子系统学研究中最基础也是最关键的一步。如果所选的基因片段在进化上过于保守， 就不能提供足够的系统学信息，使得对于所研究类群间的系统关系几乎没有分辨； 反之，如果所选片段在研究类群间的变异太大， 就会给序列排序带来很大困难并且容易造成排序的不确定性， 同样不利于解决系统学问题。一般来说， 编码基因或者较为保守的基因片段可以用于解决较高分类阶元（如科间， 甚至目间）的系统学问题， 而变异较快的基因或者基因片段，如内含子或者基因间隔区， 可以用来解决较低分类阶元（如属间或者种间）的系统学问题（田欣和李德铢， ２００２）。但近年来的一些系统学研究显示， 进化速率快的基因在分析一些较高分类阶元的系统关系以及较保守的基因在推断早期分化事件上能够提供更多的系统发育信息， 因此可以提高系统发育关系的分辨率和支持率（Ｂｏｒｓｃｈ ｅｔａｌ．， ２００３； Ｈｉｌｕ ｅｔ ａｌ．， ２００３； Ｍüｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．， ２００６）。在进行系统学研究时， 保守的基因和变异较快的基因或者基因片段结合使用， 不仅可以解决较高阶元上的系统关系， 而且较深节点上的系统关系也可以得到分辨。目前蕨类分子系统学研究中常用的基因序列及其适用的分类阶元见表１。
３．３ 多种分析方法结合使用
用以进行分子序列数据分析和系统发育重建的方法有很多种， 一般可归纳为３类： 距离法（ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍａｔｒｉｘ）、简约法（ｐａｒｓｉｍｏｎｙ）和似然法（ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）。最大似然法
刘红梅等： ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用
１５１
图１ 一个新的真蕨类分类系统（重绘自Ｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ．， ２００６）
Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ ｐｈｙｌｏｇｅｎｙ ｏｆ ｆｅｒｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｆｅｒｎ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ （ｒｅｄｒａｗｎ ｆｒｏｍ Ｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ．， ２００６）
152植物学报 ４４（２） ２００９
（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ， ＭＬ）具有很多有利于进行系统学分析的特性， 比如在运算时基于某种分子进化模型， 能够在一定程度上避免因为序列本身的进化特点对系统发育关系产生影响， 另外ＭＬ方法可以有效地避免长枝吸引效应（详见下文）， 因此能够相对准确地反映类群之间真实的系统关系。但是ＭＬ作为寻找最适系统树的选择方法则受限于它所能包容在一个分析中的分类群的数量。简约法和距离法较之ＭＬ能处理更多的分类单元， 并且简约性分析已成为大多数植物系统发育研究所选用的方法， 而且简约法还允许进行性状（如密码子位置）加权和性状状态转换； 距离法能比简约法在短时内处理更大的数据矩阵， 因此便于对大的数据矩阵进行分析和处理（陈之端和冯旻， １９９８）。
由于简约法容易受到类群取样密度和长枝吸引等因素的影响， 完全的ＭＬ方法又受限于所能分析的分类群的数量。近年来新的研究和分析方法不断被提出并且在实际应用中得到检验和优化， 如贝叶斯推论（Ｂａｙｅｓｉａｎｉｎｆｅｒｅｎｃｅ， ＢＩ）（Ｒｏｎｑｕｉｓｔ ａｎｄ Ｈｕｅｌｓｅｎｂｅｃｋ， ２００３）和一种快速简化的最大似然分析——ＰＨＹＭＬ （Ｇｕｉｎｄｏｎ ａｎｄＧａｓｃｕｅｌ， ２００３）。目前的系统学分析一般不单独采用某一种分析方法（比如ＮＪ、ＭＰ、ＭＬ或者Ｂａｙｅｓｉａｎ法），而是几种分析方法结合使用。
在进行系统发育分析， 尤其是进行简约性分析时经常遇到的一个问题是长枝吸引现象。长枝吸引效应是指在系统分析中， 系统树的误差或者错误是由长枝造成的， 即在系统树上具长枝的类群被错误地聚在一起， 但是它们本身并不是近缘类群。ＬＢＡ在系统树上一般表现为以下３种情况： （１）在有根树上（ｒｏｏｔｅｄ ｔｒｅｅ）， 所有具长枝的类群都以梳子状聚在外类群的附近； （２）聚在一起的两个分类群， 共有枝（ｃｏｍｍｏｎ ｂｒａｎｃｈ）很短， 而各自的末端分枝（ｔｅｒｍｉｎａｌ ｂｒａｎｃｈ）很长； （３）当用ＭＰ分析时， 出现了异常的系统关系或者拓扑结构， 而在ＭＬ等分析方法中这种关系或者拓扑结构并不存在。长枝吸引现象反映出类群取样不足、所用基因序列的进化速率异质或者存在ｈｏｍｏｐｌａｓｙ等问题。避免出现长枝吸引的方法一般有以下３种。（１）增加类群取样。对于由类群代表性不够造成的长枝吸引， 一般可以通过增加类群取样避免出现这种情况。（２）选取来自不同基因组的基因或者序列片段进行联合分析。对于由进化速率异质引起的长枝吸引， 可以采取不同基因组多个基因片段联合分析来避免。（３）多种分析方法结合。目前常用的系统学分析方法中， ＭＰ法较易出现长枝吸引， 而ＭＬ和Ｂａｙｅｓｉａｎ方法在构建系统树时由于基于一定的序列进化模型， 故在一定程度上可以有效地避免长枝吸引现象。因此， 在进行系统发育重建时， 可以多种分析方法结合使用， 而且在进行分析之前应该结合所用的基因序列选择合适的进化模型（Ｓｉｄｄａｌｌ ａｎｄ Ｗｈｉｔｉｎｇ， １９９８； Ａｎｄｅｒｓｏｎ ａｎｄＳｗｏｆｆｏｒｄ， ２００４）。
４ 国内蕨类分子系统学研究现状和展望
我国蕨类植物资源丰富， 是世界蕨类植物多样性中心之一， 约有２ １００种， 并且特有属种众多（Ｚｈａｎｇ， ２００３）， 便于开展蕨类植物的各项研究工作。我国的蕨类植物学研究自２０世纪２０年代至今， 已取得了很大的进展。世界著名的蕨类植物学家秦仁昌先生先后在１９４０年和１９７８年发表的《水龙骨科的自然分类》 （Ｃｈｉｎｇ， １９４０）和《中国蕨类植物科属的系统排列和历史来源》（秦仁
表１ 蕨类分子系统学研究中常用的ＤＮＡ片段及适用范围（＋表示对可信程度的估计）
Ｔａｂｌｅ １ Ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｕｔｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｅｎｏｍｉｃ ｒｅｇｉｏｎｓ ｆｏｒ ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ ｓｔｕｄｉｅｓ ｉｎ ｐｔｅｒｉｄｏｐｈｙｔｅｓ （Ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｉｃｋｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｕｔｉｌｉｔｙ）
分类阶元ｒｂｃＬａｔｐＢｒｐｓ４１６ＳｔｒｎＬ－Ｆｒｐｓ４－ｔｒｎＳ１８Ｓ２６ＳｎｒＩＴＳ
种内居群间＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
属内种间＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
科内属间＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
近缘科间＋＋＋＋＋＋＋＋＋
亲缘较远的科间＋＋＋＋＋＋＋＋＋
部分内容引自Ｗｏｌｆ （１９９６）。Ｓｏｍｅ ｄａｔａ ａｒｅ ｆｒｏｍ Ｗｏｌｆ （１９９６）．
１５３刘红梅等： ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用
昌， １９７８）享誉海内外， 使我国的蕨类植物学研究在世界蕨类学界占有了一席之地。近年来，《中国植物志》蕨类部分共６卷１０册已全部出版， 地方性的植物志也陆续编写完成并相继出版。
相对于经典分类学研究来说， 国内的蕨类分子系统学研究才刚刚起步， 目前已经完成或者正在进行的分子系统学工作主要有：周铜水（１９９９）j在槲蕨科（Ｄｒｙｎａｒｉ－ａｃｅａｅ）中进行的分子系统学研究； 王玛丽等（２００３）利用ｔｒｎＬ－Ｆ序列在蹄盖蕨科、王艇等（２００３）利用ｔｒｎＬ内含子和ｔｒｎＬ－Ｆ间隔区序列对中国桫椤科植物、Ｓｕ等（２００４）和Ｗａｎｇ等（２００４）利用ａｔｐＢ－ｒｂｃＬ片段对桫椤进行的居群遗传学和谱系地理学研究； Ｓｕ等（２００５ａ）利用ｔｒｎＬ－Ｆ序列对桫椤以及Ｓｕ等（２００５ｂ）利用ａｔｐＢ－ｒｂｃＬ片段对黑桫椤进行的居群遗传学研究； Ｌｕ等（２００５）利用ｒｂｃＬ和ｔｒｎＬ－Ｆ在贯众属， 卢金梅和李德铢（２００６）在拟贯众属、Ｌｕ等（２００７）在亚洲耳蕨类植物、Ｚｈａｎｇ等（２００５，２００７）利用ｒｂｃＬ基因在碎米蕨类、Ｌｉ等（２００４）在凤尾蕨属、Ｌｉ和Ｌｕ（２００６）在国产鳞毛蕨属、李春香和陆树刚（２００５， ２００６ａ， ２００６ｂ）分别在星蕨属、鳞毛蕨科和国产观音座莲植物、李春香等（２００４ａ， ２００４ｂ）分别在滇南桫椤（Ａｌｓｏｐｈｉｌａ ａｕｓｔｒｏｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓ）和耳蕨属、陆树刚和李春香（２００６）在篦齿蕨属（Ｍｅｔａｐｏｌｙｐｏｄｉｕｍ Ｃｈｉｎｇ）、刘红梅等在玉龙蕨属（Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ．， ２００７ａ）、鳞毛蕨科（Ｌｉｕｅｔ ａｌ．， ２００７ｂ）、拟贯众属（未发表）、柳叶蕨属和鞭叶蕨属（Ｃｙｒｔｏｇｏｎｅｌｌｕｍ ａｎｄ Ｃｙｒｔｏｍｉｄｉｃｔｙｕｍ， 未发表）、刘红梅等（２００７）在叉蕨科开展的分子系统学研究工作， 利用的ＤＮＡ序列涉及ｒｂｃＬ、ａｔｐＢ、ｔｒｎＬ－Ｆ、ｒｐｓ４和ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ等基因或基因片段。
中国是世界蕨类植物区系的一个重要组成部分， 是东亚蕨类植物区系的主体部分， 现代蕨类植物十分丰富，从原始到进化的类群， 全世界绝大多数的科在我国均有分布， 拥有大量亚洲分布和集中分布在中国及邻居地区的属， 以及东亚和中国特有的属种， 为我们进行各项研究提供了大量素材。传统分类学研究已经取得了很大进展， 不仅体现在有一个为世界分类学界所熟知的分类系统（秦仁昌系统）， 《中国植物志》蕨类部分全部６卷共１０册已全部出版， 地方性的植物志也陆续编写完成和出版。近年来， 国际上已经开展了蕨类植物的分子系统学研究， 对各个分类阶元的分子系统发育重建和谱系地理学研究正如火如荼地进行， 并且取得了一系列重要研究成果， 使我们对于蕨类这个古老类群有了新的了解和认识。随着研究的不断深入， 国际上对现代蕨类植物系统发育关系的认识逐渐趋向一致， 一个全新的基于多学科多手段的国际性的蕨类分类框架已基本形成（Ｓｍｉｔｈ ｅｔａｌ．， ２００６）。较之国内已经开展的经典分类学研究和国外目前的分子系统学研究水平， 国内的分子系统学研究还十分欠缺和薄弱， 处于刚刚起步的阶段。但是已有一系列的研究成果相继发表在国际重要的学术刊物上， 如Ｌｉ等（２００４）对中国凤尾蕨属的研究； Ｌｉ和Ｌｕ （２００６ｂ）在国产鳞毛蕨属、Ｓｕ等（２００４， ２００５ａ， ２００５ｂ）在桫椤和黑桫椤中开展的居群遗传学研究； Ｌｕ等（２００７）对耳蕨类植物的研究； Ｚｈａｎｇ等（２００５， ２００７）在碎米蕨类和Ｌｉｕ等（２００７ａ， ２００７ｂ）对鳞毛蕨科和一些特有属的研究。虽然国内的分子系统学研究工作已经开展， 且呈现良好的发展趋势， 但是国内整体的研究队伍和研究力量还很薄弱，目前开展的研究工作还不能很好地同国际接轨。因此，紧跟国外研究的动态， 积极开展国内蕨类分子系统学研究， 尤其是对一些以东亚和中国为起源和分布中心的类群的研究， 不仅有助于了解这些类群的起源和演化历史，而且对理解整个东亚蕨类植物的起源和演化以及阐明东亚植物区系在整个世界植物区系中的地位和作用都有十分重要的意义。同时， 对蕨类植物各大谱系以及蕨类植物与其它陆地植物之间系统关系的深入研究和正确认识， 不仅对探讨维管植物的系统发育和演化， 也为理解整个陆地植物的起源和演化有着非常重要的意义。
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Ｑｉｕ ＹＬ， Ｌｉ ＬＢ， Ｗａｎｇ Ｂ， Ｃｈｅｎ ＺＤ， Ｄｏｍｏｂｒｏｖｓｋａ Ｏ， Ｌｅｅ Ｊ，Ｋｅｎｔ Ｌ， Ｌｉ ＲＱ， Ｊｏｂｓｏｎ ＲＷ， Ｈｅｎｄｒｙ ＴＡ， Ｔａｙｌｏｒ ＤＷ， ＴｅｓｔａＣＭ， Ａｍｂｒｏｓｔ Ｍ （２００７）． Ａ ｎｏｎｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｌａｎｄ ｐｌａｎｔ ｐｈｙｌｏｇ－ｅｎｙ ｉｎｆｅｒｒｅｄ ｆｒｏｍ ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｓｅｖｅｎ ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ，ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ， ａｎｄ ｎｕｃｌｅａｒ ｇｅｎｅｓ． Ｉｎｔ Ｊ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉ １６８， ６９１－７０８．
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Ｒｏｕｈａｎ Ｇ， Ｄｕｂｕｉｓｓｏｎ ＪＹ， Ｐａｋｏｔｏｎｄｒａｉｎｉｂｅ Ｆ， Ｍｏｔｌｅｙ ＴＪ，Ｍｉｃｋｅｌ ＪＴ， Ｌａｂａｔ ＪＮ， Ｍｏｒａｎ ＲＣ （２００４）． Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｐｈｙｌｏｇ－ｅｎｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｅｒｎ ｇｅｎｕｓ Ｅｌａｐｈｏｇｌｏｓｓｕｍ （Ｅｌａｐｈｏｇｌｏｓｓａｃｅａｅ）ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ ｎｏｎ－ｃｏｄｉｎｇ ＤＮＡ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ： ｃｏｎｔｒｉｂｕ－ｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｉｎｄｉａｎ Ｏｃｅａｎ ａｒｅａ． Ｍｏｌ ＰｈｙｌｏｇｅｎｅｔＥｖｏｌ ３３， ７４５－７６３．
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Ｓａｎｏ Ｒ， Ｔａｋａｍｉｙａ Ｍ， Ｉｔｏ Ｍ， Ｋｕｒｉｔａ Ｓ， Ｈａｓｅｂｅ Ｍ （２０００）． Ｐｈｙ－ｌｏｇｅｎｙ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｄｙ ｆｅｒｎ ｇｒｏｕｐ， ｔｒｉｂｅ Ｐｈｙｓｅｍａｔｉｅａｅ （Ｄｒｙｏｐｔｅｒｉ－ｄａｃｅａｅ）， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ ｒｂｃＬ ｇｅｎｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ． ＭｏｌＰｈｙｌｏｇｅｎｅｔ Ｅｖｏｌ １５， ４０３－４１３．
Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｈ， Ｓｍｉｔｈ ＡＲ， Ｃｒａｎｆｉｌｌ Ｒ， Ｈａｕｆｌｅｒ ＣＨ， Ｒａｎｋｅｒ ＴＡ，Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄ ＴＥ （２００２）． Ｇｙｍｎｏｇｒａｍｍｉｔｉｓ ｄａｒｅｉｆｏｒｍｉｓ ｉｓ ａｐｏｌｙｇｒａｍｍｏｉｄ ｆｅｒｎ （Ｐｏｌｙｐｏｄｉａｃｅａｅ） — ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ａｎ ａｐｐａｒｅｎｔｃｏｎｆｌｉｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄａｔａ． Ｐｌａｎｔ ＳｙｓｔＥｖｏｌ ２３４， １２１－１３６．
Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｈ， Ｊａｎｓｓｅｎ Ｔ， Ｈｏｖｅｎｋａｍｐ Ｐ， Ｓｍｉｔｈ ＡＲ， ＣｒａｎｆｉｌｌＲ， Ｈａｕｆｌｅｒ ＣＨ， Ｒａｎｋｅｒ ＴＡ （２００４ａ）． Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ ｒｅｌａｔｉｏｎ－ｓｈｉｐｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｉｇｍａｔｉｃ Ｍａｌｅｓｉａｎ ｆｅｒｎ Ｔｈｙｌａｃｏｐｔｅｒｉｓ （Ｐｏｌｙｐｏｄｉ－ａｃｅａｅ， Ｐｏｌｙｐｏｄｉｉｄａｅ）． Ｉｎｔ Ｊ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉ １６５， １０７７－１０８７．
Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｈ， Ｓｃｈｕｅｔｔｐｅｌｚ Ｅ， Ｐｒｙｅｒ ＫＭ， Ｃｒａｎｆｉｌｌ Ｒ， ＭａｇａｌｌóｎＳ， Ｌｕｐｉａ Ｒ （２００４ｂ）． Ｆｅｒｎｓ ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｈａｄｏｗ ｏｆａｎｇｉｏｓｐｅｒｍｓ． Ｎａｔｕｒｅ ４２８， ５５３－５５７．
Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｈ， Ｓｍｉｔｈ ＡＲ， Ｃｒａｎｆｉｌｌ Ｒ， Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄ ＴＥ， ＨａｕｆｌｅｒＣＨ， Ｒａｎｋｅｒ ＴＡ （２００４ｃ）． Ｕｎｒａｖｅｌｉｎｇ ｔｈｅ ｐｈｙｌｏｇｅｎｙ ｏｆｐｏｌｙｇｒａｍｍｏｉｄ ｆｅｒｎｓ （Ｐｏｌｙｐｏｄｉａｃｅａｅ ａｎｄ Ｇｒａｍｍｉｔｉｄａｃｅａｅ）：ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｐｉｐｈｙｔｉｃ ｐｌａｎｔｓ．Ｍｏｌ Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔ Ｅｖｏｌ ３１， １０４１－１０６３．
Ｓｃｈｕｅｔｔｐｅｌｚ Ｅ， Ｋｏｒａｌｌ Ｐ， Ｐｒｙｅｒ ＫＭ （２００６）． Ｐｌａｓｔｉｄ ａｔｐＡ ｄａｔａｐｒｏｖｉｄｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｄｅｅｐ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ａｍｏｎｇ ｆｅｒｎｓ．Ｔａｘｏｎ ５５， ８９７－９０６．
Ｓｉｄｄａｌｌ ＭＥ， Ｗｈｉｔｉｎｇ ＭＦ （１９９８）． Ｌｏｎｇ－ｂｒａｎｃｈ ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎｓ． Ｃｌａ－ｄｉｓｔｉｃｓ １５， ９－２４．
Ｓｋｏｇ ＪＥ， Ｍｉｃｋｅｌ ＪＴ， Ｍｏｒａｎ ＲＣ， Ｖｏｌｏｖｓｅｋ Ｍ， Ｚｉｍｍｅｒ ＥＡ
１５７刘红梅等： ＤＮＡ序列在蕨类分子系统学研究中的应用
（２００４）． Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｅｒｎｇｅｎｕｓ Ｅｌａｐｈｏｇｌｏｓｓｕｍ （Ｄｒｙｏｐｔｅｒｉｄａｃｅａｅ） ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｐＤＮＡｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｒｂｃＬ， ｔｒｎＬ－Ｆ， ａｎｄ ｒｐｓ４－ｔｒｎＳ． Ｉｎｔ Ｊ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉ １６５，１０６３－１０７５．
Ｓｍｉｔｈ ＡＲ， Ｃｒａｎｆｉｌｌ ＲＢ （２００２）． Ｉｎｔｒａｆａｍｉｌｉａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｏｆ ｔｈｅｔｈｅｌｙｐｔｅｒｏｉｄ ｆｅｒｎｓ （Ｔｈｅｌｙｐｔｅｒｉｄａｃｅａｅ）． Ａｍ Ｆｅｒｎ Ｊ ９２， １３１－１４９．
Ｓｍｉｔｈ ＡＲ， Ｐｒｙｅｒ ＫＭ， Ｓｃｈｕｅｔｔｐｅｌｚ Ｅ， Ｋｏｒａｌｌ Ｐ， Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ Ｈ，Ｗｏｌｆ ＰＧ （２００６）． Ａ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅｘｔａｎｔ ｆｅｒｎｓ． Ｔａｘｏｎ ５５，７０５－７３１．
Ｓｔｅｉｎ ＤＢ （１９８５）． Ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ａｓ ａ ｔｏｏｌ ｉｎ ｕｎｄｅｒ－ｓｔａｎｄｉｎｇ ｓｐｅｃｉｅｓ ｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ａｎｄ ｐｈｙｌｏｇｅｎｙ． Ｐｒｏｃ ＲＳｏｃ Ｅｄｉｎｂ ８６， ２８３－２８８．
Ｓｕ ＹＪ， Ｗａｎｇ Ｔ， Ｚｈｅｎｇ Ｂ， Ｊｉａｎｇ Ｙ， Ｃｈｅｎ ＧＰ， Ｇｕ ＨＹ （２００４）．Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｈｙｌｏｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆａ ｒｅｌｉｃｔ ｔｒｅｅ ｆｅｒｎ， Ａｌｓｏｐｈｉｌａ ｓｐｉｎｕｌｏｓａ （Ｃｙａｔｈｅａｃｅａｅ）， ｉｎｆｅｒｒｅｄｆｒｏｍ ｃｐＤＮＡ ａｔｐＢ－ｒｂｃＬ ｉｎｔｅｒｇｅｎｉｃ ｓｐａｃｅｒｓ． Ｔｈｅｏｒ Ａｐｐｌ Ｇｅｎｅｔ１０９， １４５９－１４６７．
Ｓｕ ＹＪ， Ｗａｎｇ Ｔ， Ｚｈｅｎｇ Ｂ， Ｊｉａｎｇ Ｙ， Ｃｈｅｎ ＧＰ， Ｏｕｙａｎｇ ＰＹ， ＳｕｎＹＦ （２００５ａ）． Ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｌｉｃｔｕａｌ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆＡｌｓｏｐｈｉｌａ ｓｐｉｎｕｌｏｓａ ｉｎ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ ｉｎｆｅｒｒｅｄ ｆｒｏｍ ｃｐＤＮＡｔｒｎＬ－Ｆ ｎｏｎｃｏｄｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ． Ｍｏｌ Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔ Ｅｖｏｌ ３４， ３２３－３３３．
Ｓｕ ＹＪ， Ｗａｎｇ Ｔ， Ｚｈｅｎｇ Ｂ， Ｊｉａｎｇ Ｙ， Ｏｕｙａｎｇ ＰＹ， Ｃｈｅｎ ＧＰ（２００５ｂ）． Ｇｅｎｅｔｉｃ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｈｙｌｏｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎＡｌｓｏｐｈｉｌａ ｐｏｄｏｐｈｙｌｌａ ｆｒｏｍ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｐＤＮＡａｔｐＢ－ｒｂｃＬ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｄａｔａ． Ａｍ Ｆｅｒｎ Ｊ ９５， ６８－７９．
Ｔａｂｅｒｌｅｔ Ｐ， Ｇｉｅｌｌｙ Ｌ， Ｐａｕｔｏｕ Ｇ， Ｂｏｕｖｅｔ Ｊ （１９９１）． Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｐｒｉｍｅｒｓ ｆｏｒ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｎｏｎ－ｃｏｄｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ ｃｈｌｏ－ｒｏｐｌａｓｔ ＤＮＡ． Ｐｌａｎｔ Ｍｏｌ Ｂｉｏｌ １７， １１０５－１１０９．
Ｔｒｙｏｎ ＡＦ， Ｌｕｇａｒｄｏｎ Ｂ （１９９０）． Ｓｐｏｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｔｅｒｉｄｏｐｈｙｔａ． ＮｅｗＹｏｒｋ： Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ． ｐｐ． １２９－１３３．
ｖａｎ ｄｅｎ Ｈｅｅｄｅ ＣＪ， Ｖｉａｎｅ ＲＬＬ， Ｃｈａｓｅ ＭＷ （２００３）． Ｐｈｙｌｏｇｅ－ｎｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｓｐｌｅｎｉｕｍ ｓｕｂｇｅｎｕｓ Ｃｅｔｅｒａｃｈ （Ｐｔｅｒｉｄｏｐｈｙｔａ：Ａｓｐｌｅｎｉａｃｅａｅ） ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｌａｓｔｉｄ ａｎｄ ｎｕｃｌｅａｒ ｒｉｂｏｓｏｍａｌ ＩＴＳＤＮＡ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ． Ａｍ Ｊ Ｂｏｔ ９０， ４８１－４９３．
Ｗａｎｇ Ｔ， Ｓｕ ＹＪ， Ｌｉ ＸＹ， Ｚｈｅｎｇ Ｂ， Ｃｈｅｎ ＧＰ， Ｚｅｎｇ ＱＬ （２００４）．Ｇｅｎｅｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｌｉｃｔ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆＡｌｓｏｐｈｉｌａ ｓｐｉｎｕｌｏｓａ ｆｒｏｍ ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＡＰＤｍａｒｋｅｒｓ ａｎｄ ｃｐＤＮＡ ａｔｐＢ－ｒｂｃＬ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｄａｔａ． Ｈｅｒｅｄｉｔａｓ １４０，
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Ｗｏｌｆ ＰＧ （１９９５）． Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｒｂｃＬ ａｎｄ ｎｕｃｌｅａｒ ｒｉｂｏ－ｓｏｍａｌ ＲＮＡ ｇｅｎｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｉｎ Ｄｅｎｎｓｔａｅｄｔｉａｃｅａｅ． Ａｍ Ｆｅｒｎ Ｊ８５， ３０６－３２７．
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158植物学报 ４４（２） ２００９
Application of DNA Sequences in Pteridophyte Phylogenetic Study
Hongmei Liu1, 2, Xianchun Zhang3, Hui Zeng1, 2*
1 The Key Laboratory for Environmental and Urban Sciences, Shenzhen Graduate School, Peking University, Shenzhen 518055, China;
2 Department of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;3State Key Laboratory of
Systematic and Evolutionary Botany, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
Abstract DNA sequences, because of their disparity in rate of evolution, are suitable for phylogenetic study at different taxonomic levels. Therefore, selecting the most appropriate DNA sequence to address a certain phylogenetic issue is important. This paper summarizes the appropriate range of some DNA sequences that are commonly used in current pteridophyte molecular phylogenetics, which comprises sequences from three plant genomes (chloroplast, nucleotide, and mitochondria), especially focuses on the usage of chloroplast DNA regions. Problems in reconstructing the fern phylogeny and strategies to overcome these problems (including ingroup and outgroup selection, and the choice of the appropriate DNA region) are briefly discussed. This paper represents recent progress in molecular phylogenetics and points out the status of and prospects for pteridological research in China.
Key words DNA sequences, molecular phylogeny, pteridophyte
Ｌｉｕ ＨＭ， Ｚｈａｎｇ ＸＣ， Ｚｅｎｇ Ｈ （２００９）． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｉｎ ｐｔｅｒｉｄｏｐｈｙｔｅ ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ ｓｔｕｄｙ． Ｃｈｉｎ Ｂｕｌｌ Ｂｏｔ ４４， １４３?１５８．
＊ Ａｕｔｈｏｒ ｆｏｒ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅ． Ｅ－ｍａｉｌ： ｚｅｎｇｈ＠ｓｚｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
（责任编辑： 孙冬花）
7.生物遗传信息传递中心法则是（） A.DNA→RNA→蛋白质 B.RNA→DNA→蛋白质 C.DNA→蛋白质→RNA D.RNA→蛋白质→DNA 8.关于DNA复制的叙述，下列哪项是错误的（） A.为半保留复制 B.为不对称复制 C.为半不连续复制 D.新链合成的方向均为3'→5' 9.合成DNA的原料有（） A.dAMP dGMP dCMP dTMP B.dADP dGDP dCDP dTDP C.dA TP dGTP dCTP dTTP D.AMP UMP CMP GMP 10.DNA合成时碱基互补规律是（） A.A－U C－G B.T－A C－G C.A－G C－U D.A－G C－T 7.A 8.D 9.C 10.B 7.DNA的复制：( ) (a)包括一个双螺旋中两条子链的合成 (b)遵循新的子链与其亲本链相配对的原则 (c)依赖于物种特异的遗传密码 (d)是碱基错配最主要的来源 (e)是一个描述基因表达的过程 8.一个复制子是：( ) (a)细胞分裂期间复制产物被分离之后的DNA 片段 (b)复制的DNA片段和在此过程中所需的酶和蛋白 (c)任何自发复制的DNA序列(它与复制起始点相连) (d)任何给定的复制机制的产物(如：单环) (e)复制起点和复制叉之间的DNA片段 9.真核生物复制子有下列特征，它们：( ) (a)比原核生物复制子短得多，因为有末端序列的存在 (b)比原核生物复制子长得多，因为有较大的基因组 (c)通常是双向复制且能融合 (d)全部立即启动，以确保染色体在S期完成复制 (e)不是全部立即启动，在任何给定的时间只有大约15％是有活性的 10.下述特征是所有(原核生物、真核生物和病毒)复制起始位点都共有的是：( ) (a)起始位点是包括多个短重复序列的独特DNA片段 (b)起始位点是形成稳定二级结构的回文序列 (c)多聚体DNA结合蛋白专一性识别这些短的重复序列 (d)起始位点旁侧序列是A-T丰富的，能使DNA螺旋解开 (e)起始位点旁侧序列是G—C丰富的，能稳定起始复合物 11.下列关于DNA复制的说法是正确的有：( ) (a)按全保留机制进行 (b)接3’→5’方向进行 (c)需要4种dNMP的参与 (d)需要DNA连接酶的作用 (e)涉及RNA引物的形成 (f)需要DNA聚合酶Ⅰ 12.在原核生物复制子中以下哪种酶除去RNA引发体并加入脱氧核糖核苷酸?( ) (a)DNA聚合酶Ⅲ (b)DNA聚合酶Ⅱ (c)DNA聚合酶Ⅰ (d)外切核酸酶MFl (e)DNA连接酶 1.DNA聚合酶I的作用有 A.3‘→5’外切酶的活性 B.修复酶的功能 C.在细菌中5‘→3’外切酶活性是必要的 D.外切酶活性，可以降解RNA/DNA杂交体中的RNA引物 E.5’→3‘聚合酶活性 2.下列关于大肠杆菌DNA聚合酶I的叙述哪些是正确的？ A.该酶能从3‘羟基端逐步水解单链DNA B.该酶在双螺旋区具有5‘→3’外切酶活性 C.该酶在DNA中需要游离的3’-OH D.该酶在DNA中需要游离的5’-OH E.有校读功能 3.下列有关DNA聚合酶I的描述，哪些是正确的？ A.催化形成3‘，5’-磷酸二酯键 B.有3‘→5’核酸外切酶作用 C.有5‘-3’核酸外切酶作用 D.是原核细胞DNA复制时的主要合成酶 E.是多功能酶 4.有关DNA复制时的引物 A.引物是RNA B.催化引物合成的酶称引物酶 C.哺乳动物的引物是DNA D.引物有游离的3‘-OH，成为合成DNA的起点 E.引物有游离的5‘-OH 5.DNA聚合酶I的作用是 A.修复DNA的损伤与变异 B.去除复制过程中的引物 C.填补合成DNA片段间的空隙 D.将DNA片段连接起来 E.合成RNA片段 6.下列关于DNA复制的叙述哪些是正确的？ A.每条互补链的合成方向是5‘→3’ B.DNA聚合酶沿母链滑动方向从3‘→5’ C.两条链同时复制只有一个起点 D.真核细胞的每个染色体的复制 E.合成原料是Dnmp 7.下列有关DNA聚合酶作用的叙述哪些是正确的？ A.酶I在DNA损伤的修复中发挥作用 B.酶II是DNA复制的主要酶 C.酶III是DNA复制的主要酶 D.酶IV在DNA复制时有切除引物的作用
分子生物学与基因工程复习重点 第一讲绪论 1、分子生物学与基因工程的含义 从狭义上讲，分子生物学主要是研究生物体主要遗传物质-基因或DNA的结构及其复制、转录、表达和调节控制等过程的科学。 基因工程是一项将生物的某个基因通过载体运送到另一种生物的活体细胞中，并使之无性繁殖和行使正常功能，从而创造生物新品种或新物种的遗传学技术。 2、分子生物学与基因工程的发展简史，特别是里程碑事件，要求掌握其必要的理由 上个世纪50年代，Watson和Crick提出了的DNA双螺旋模型； 60年代，法国科学家Jacob和Monod提出了的乳糖操纵子模型； 70年代，Berg首先发现了DNA连接酶，并构建了世界上第一个重组DNA分子； 80年代，Mullis发明了聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）技术； 90年代，开展了“人类基因组计划”和模式生物的基因组测序，分子生物学进入“基因组时代”； 目前，分子生物学进入了“后基因组时代”或“蛋白质组时代”。 3、分子生物学与基因工程的专业地位与作用：从专业基础课角度阐述对专业课程的支 撑作用 第二讲核酸概述 1、核酸的化学组成（图画说明） 2、核酸的种类与特点：DNA和RNA的区别 （1）DNA含的糖分子是脱氧核糖，RNA含的是核糖； （2）DNA含有的碱基是腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T），RNA含有的碱基前3个与DNA完全相同，只有最后一个胸腺嘧啶被尿嘧啶（U）所代替； （3）DNA通常是双链，而RNA主要为单链；
（4）DNA的分子链一般较长，而RNA分子链较短。 3、DNA作为遗传物质的直接和间接证据； 间接： （1）一种生物不同组织的细胞，不论年龄大小，功能如何，它的DNA含量是恒定的，而生殖细胞精子的DNA含量则刚好是体细胞的一半。多倍体生物细胞的DNA含量是按其染色体倍数性的增加而递增的，但细胞核里的蛋白质并没有相似的分布规律。 （2）DNA在代谢上较稳定。 （3）DNA是所有生物的染色体所共有的，而某些生物的染色体上则没有蛋白质。（4）DNA通常只存在于细胞核染色体上，但某些能自体复制的细胞器，如线粒体、叶绿体有其自己的DNA。 （5）在各类生物中能引起DNA结构改变的化学物质都可引起基因突变。 直接：肺炎链球菌试验、噬菌体侵染实验 4、DNA的变性与复性：两者的含义与特点及应用 变性：它是指当双螺旋DNA加热至生理温度以上（接近100oC）时，它就失去生理活性。这时DNA双股链间的氢键断裂，最后双股链完全分开并成为无规则线团的过程。简而言之，就是DNA从双链变成单链的过程。增色效应：它是指在DNA的变性过程中，它在260 nm的吸收值先是缓慢上升，到达某一温度后即骤然上升的效应。 复性：它是指热变性的DNA如缓慢冷却，已分开的互补链又可能重新缔合成双螺旋的过程。复性的速度与DNA的浓度有关，因为两互补序列间的配对决定于它们碰撞频率。DNA复性的应用-分子杂交：由DNA复性研究发展成的一种实验技术是分子杂交技术。杂交可发生在DNA和DNA或DNA与RNA间。 5、Tm的含义与影响因素 Tm的含义：是指吸收值增加的中点。 影响因素： 1）DNA序列中G + C的含量或比例含量越高，Tm值也越大（决定性因素）；2）溶液的离子强度 3）核酸分子的长度有关：核酸分子越长，Tm值越大
《基因与分子生物学》第二章复习题 一、名词解释 1. 核小体：指由DNA链缠绕一个组蛋白核构成的念珠状结构，是用于包装染色体的结构单位。 2. DNA的高级机构：DNA双螺旋结构进一步扭曲盘绕形成的超螺旋结构。 3. DNA拓扑异构酶：通过改变DNA互绕值引起拓扑异构反应的酶。 4. 启动子：能被RNA聚合酶识别，结合并启动基因转录的一段DNA序列。 5. 复制叉：双链DNA在复制起点解开成两股链，分别进行复制。这时在复制起点呈现叉子 的形式，被称为复制叉。 6. 半不连续复制：前导链的连续复制和后随链不连续复制的DNA复制现象。 7. C值：一种生物单倍体基因组DNA的总量值称为C值。 8. 冈崎片段：DNA合成过程中，后随链的合成是不连续进行的，先合成许多片段，最后各 段再连接成为一条长链。这些小的片段叫做冈崎片段。 9. DNA二级结构：两条多核苷酸链反向平行盘绕所生成的双螺旋结构。 10. 半保留复制：由亲代DNA生成子代DNA时，每个新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。 11 C值矛盾：C值指一种生物单倍体基因组DNA的总量。一种生物单倍体的基因组DNA 的总量与其种族进化的复杂程度不一致的现象称为C值矛盾。 12 复制子：DNA复制从起点开始双向进行直到终点为止，每一个这样的DNA单位称为复制子或复制单元。 13 重叠基因：指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列为两个 或两个以上基因的组成部分。 14. 染色体: 由核蛋白组成、能用碱性染料染色、有结构的线状体，是DNA的主要载体 15. DNA的修复: 是细胞对DNA受损伤后的一种反应，这种反应可能使DNA结构恢复原样， 重新能执行它原来的功能"或"使细胞能够耐受DNA的损伤而能继续生存 16. DNA的一级结构：就是指4种核苷酸的连接及排列顺序，表示了该DNA分子的化学结 构。 17. 基因：一段有功能的DNA序列。 18. 基因组：特定生物体的整套（单倍体）遗传物质的总和
第3节DNA的复制 一、教学目标 1.概述DNA分子的复制 2.探讨DNA复制的生物学意义 二、教学重点和难点 1.教学重点：DNA分子复制的条件、过程和特点。 2.教学难点：DNA分子复制的过程。 三、教学方法：讨论法、演示法、讲授法 四、教学课时：1 五、教学过程 教学内容教师组织和引导学生活动教学意图 问题探讨〖提示〗两个会徽所用的原料应该选自一块 石材；应先制造模型，并按模型制作会徽； 应使用电子控制的刻床；刻床应由一名技术 熟练的师傅操作，或完全数控等。（以上可 由学生根据自己的经验推测回答，事实是原 料确实选自一块石材，但由于时间紧迫，两 个会徽是由两名技术最好的师傅手工雕刻 的）。验证的最简单的方法是：将两个印章 的图形盖在白纸上进行比较（学生也可能提 出更科学、更现代化的方法）。 阅读思考 讨论回答 引入新课 过渡〖讲述〗DNA既能作为遗传物质，就必须具 有精确的自我复制能力，那它是怎样进行复 制的呢？ 思考讨论引起思考 引入新课 一、对DNA分子复制的推测 〖引导〗引导学生阅读课文P52，沃森 和克里克提出的著名的DNA双螺旋结构模 型后，又发表了遗传物质自我复制的假说。 进而总结出“半保留复制”的概念。 〖讲述〗在复制过程中，原来双螺旋的 阅读思考学新知识
两条链并没有被破坏，它们分成单独的链，每一条旧链作为模板再合成一条新链，这样在新合成的两个双螺旋分子中，一条链是旧的而另外一条链是新的，因此这种复制方式被称为半保留复制。 二、DNA 半保留复制的实验证据 〖讲述〗我们知道，当假说通过实践检 验并被证明是正确的后，才能上升为科学理 论。随着科学技术的发展，放射性同位素示 踪技术被应用到DNA分子复制的研究中。下 面我们来探讨一下DNA分子半保留复制的 实验证据。 〖讲述〗大家阅读课文P53，结合图3-12， 利用物理、化学知识体会科学家实验设计的 方法、原理、步骤、结果、结论及它的巧妙 之处。 强调：该实验证明了DNA的复制是以半 保留的方式进行的。 看图思考培养严谨 重视实的 态度 旁兰思考题1 〖提示〗本实验是根据半保留复制原理和 DNA密度的变化来设计的。在本实验中根据 试管中DNA带所在的位置就可以区分亲代 与子代的DNA了。 思考回答拓展思维 知识迁移 三、DNA 复制的过程1.概念：指以亲代DNA为模板合成子代DNA 的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复 制。 2.时间：细胞有丝分裂和减数第一次分裂的间 期 3.场所：细胞核（主要）、线粒体、叶绿体 4.条件：（1）模板：两条母链 （2）原料：四种脱氧核苷酸、能量（ATP） 学生思考 下列问 题： ①什么叫 解旋？解 旋的目的 是什么？ ②什么叫 通过设 问，学生 回答，进 一步让学 生理解和 巩固 DNA复 制的全过
2012年1月分子生物学自考试卷大题 26.半不连续复制 27.上游启动子元件 28.遗传密码 29.报告基因 30.锌指结构 31.简述DNA双螺旋结构模型 32.简述启动子的作用特点 33.简述原核生物蛋白质生物合成的起始过程 34.简述半乳糖操纵子的结构特点 35.简述在原核生物翻译水平上影响基因表达调控的因素 36.试述利用λ噬菌体构建基因组DNA文库的方法 37.试述真核生物基因表达调控的主要特点 2011年7月分子生物学自考试卷大题 26.SOS反应 27.RNA再编码 28.cDNA文库 29.RNA干扰 30.物理图谱 31.比较原核生物与真核生物在复制过程中的差异。 32.简述增强子的作用特点。
33.简述CAP对gal操纵子的作用。 34.真核生物在转录前对基因表达调控的方式有哪些？ 35.反式作用因子有哪些结构特征。 https://www.doczj.com/doc/1512585434.html,c操纵子的调控机理。 37.试述蛋白质合成的基本过程，并比较原核与真核生物在蛋白质合成过程中的差异。 2010年10月： 26.C值反常 27.同工Trna 28.释放因子 29.细菌转化 30.选择性剪接 31.简述DNA复制的特点 32．核糖体上与翻译有关的位点有哪些？ 33.简述操纵子的一般结构 34.简述真核生物DNA甲基化抑制基因表达的原因 35.简述细胞内癌基因的激活方式。 36.色氨酸操纵子在高色氨酸浓度和低色氨酸浓度时表达水平相差约600倍，但阻遏作用仅只能使转录水平降低70倍，请利用色氨酸操纵子的调控机制解释上述现象。 37.试比较原核生物与真核生物转录产物mRNA的异同。
2010年7月： 名词解释：同源域基因、基因定点突变、基因、遗传密码、冈崎片段简答：1.简述细胞中原癌基因转变为癌基因的主要途径。 2.简述sanger双脱氧链终止法测序基本原理。 3.简述原核生物蛋白质合成具体步骤。 4.简述大肠杆菌RNA聚合酶中a因子生物学功能。 简单应用：色氨酸操纵子调节作用。 论述：真核生物与原核生物在基因结构、转录和翻译主要差异。 2010年1月部分大题： 名词解释：中心法则、转座子、基因敲除、增强子、基因治疗 简单：1.简述原核生物RNA转录终止信号分类、结构特点。 2.简述tRNA mRNA tRNA各自生物学功能。 3.简述聚合酶链式反应（PCR）基本原理。 简单应用：乳糖操纵子的调节功能。 论述：真核生物基因表达可在多个层次上进行调控，根据发生先后顺序，叙述真核生物基因表达调控过程。 09年10月部分大题： 名词解释：半不连续复制、基因家族、基因扩增 简答：1.RNA编辑生物学意义。 2.转录与翻译不同点
一、名词解释： 1. 转录单元：是指一段从启动子开始至终止子结束的DNA序列，RNA聚合酶 从转录起始位点开始沿着模板前进，直到终止子为止，转录出一条RNA链。 2. 单顺反子：只编码一个蛋白质的mRNA分子称为单顺反子。 3. 多顺反子：编码多个蛋白质的mRNA分子。 4. 基因：一段有功能的DNA序列。 5. 编码链：与mRNA序列相同的那条DNA链称为编码链。 6. 内含子的变位剪接：在高等真核生物中，内含子通常是有序或组成性地从 mRNA前体中被剪接，然而，在个体发育或细胞分化时可以有选择性地越过某些外显子或某个剪接点进行变位剪接，产生出组织或发育阶段特异性mRNA，称为内含子的变位剪接。 7. 转录的不对称性：在RNA的合成中，DNA的二条链中仅有一条链可作为转 录的模板。 8. 启动子：指能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DNA序列。 9. 核心启动子：指保证RNA聚合酶Ⅱ转录正常起始所必需的、最少的DNA序 列，包括转录起始位点及转录起始位点上游TATA区 10. 因子：六聚体蛋白，通过水解核苷三磷酸、DNA\RNA解链，促使新生RNA 链从三元转录复合物中解离出来，从而终止转录 11. RNA的编辑：是指转录后的RNA在编码区发生碱基的突变、加入或丢失等 现象 12. SD序列：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。 13. 转录：转录是以DNA中的一条单链为模板，游离碱基为原料，在DNA 依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程。 14. 终止子：在一个基因的末端往往有一段特定顺序，它具有转录终止的功能， 这段DNA序列称为终止子。 15. mRNA帽子：真核细胞中mRNA 5' 端的一个特殊结构。它是由甲基化鸟苷 酸经焦磷酸与mRNA的5' 端核苷酸相连，形成5'，5'—三磷酸连接的结构。 16. 模板链：双链DNA分子中，可作为模板转录为RNA的DNA链，该链与转 录的RNA链的碱基互补。 17. 基因表达：遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的过程。
高中生物 DNA的复制选择题 2019.3 （考试总分：100 分考试时长： 120 分钟） 一、单选题（本题共计 20 小题，每题 5 分，共计100分） 1、（5分）对下图所表示的生物学意义的描述，正确的是 A．若图甲表示雄果蝇精原细胞染色体组成图，体细胞中最多含有四个染色体组 B．对图乙代表的生物测交，其后代中，基因型为AADD的个体的概率为1/4 C．图丙细胞处于有丝分裂后期，染色单体数、DNA数均为8条 D．图丁所示家系中男性患者明显多于女性患者，该病是伴X隐性遗传病 2、（5分）DNA分子中胸腺嘧啶的数量为M，占总碱基数的比例为q，若此DNA分子连续复制n次，需要游离的鸟嘌呤脱氧核苷酸数为 A．（2n－1）M B．M（1/2q－1） C．（2n－1）·M（1－2q）/2q D．（2n－1）M/2nq 3、（5分）将DNA分子双链用3H标记的某动物精原细胞（2n＝8）移入适宜培养条件（不含放射性元素）下，让细胞连续进行两次有丝分裂，再进行一次减数分裂。根据如图所示判断在减数第二次分裂中期，细胞中染色体的标记情况依次是 A．2个b，2个c B．b＋c＝8个，但b和c数目不确定 C．b＋c＝4个，但b和c数目不确定 D．4个b，4个c 4、（5分）某DNA被32P标记的精原细胞在不含32P的培养液中经过一次有丝分裂，产生两个精原细胞，其中一个接着进行一次减数分裂，其四分体时期的一对同源染色体上的DNA组成示意图正确的是 A．A B．B C．C D．D 5、（5分）下列有关基因的叙述，不正确的是 A．可以准确的复制 B．能够储存遗传信息 C．是4种碱基对的随机排列 D．是有遗传效应的DNA片段 6、（5分）洋葱根尖细胞在15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中完成一个细胞周期，然后转入不含15N 标记的培养液中继续培养至第二个细胞周期的分裂中期，下图能正确表示该细胞分裂中期的是（只考虑其中一条染色体上的DNA分子） A．A B．B C．C D．D 7、（5分）在一个细胞周期中，DNA复制过程中的解旋发生在 A．两条DNA母链之间B．两条DNA子链之间 C．DNA子链与其互补的母链之间D．DNA子链与其非互补母链之间 8、（5分）蚕豆（6对染色体）根尖细胞在含2H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成若干个细胞周期，然后转入仅含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷培养基中完成一个细胞周期，再转入仅含2H标记的培养基中继续进行下一个细胞周期。下列有关此时每个细胞中染色体的叙述，错误的是 A．前期时，每个DNA分子都含2H标记 B．中期时，每个细胞中都有12个DNA分子含3H标记 C．后期时，每个细胞含3H标记的染色体与含2H标记的染色体之比为1：2 D．末期时，细胞每一极均有6条染色体含3H标记 9、（5分）某基因（14N）含有3000个碱基，腺嘌呤占35%。若该DNA分子用15N同位素标记过的游离脱氧核苷酸为原料复制3次，再将全部复制产物置于试管内离心，进行密度分层，得到结果如图1；然后加入解旋酶再离心，得到结果如图2。则下列有关分析完全正确的是 ①X层全部是14N的基因 ②W层中含15N标记胞嘧啶3150个 ③W层与Z层的核苷酸数之比为1：4 ④X层中含有的氢键数是Y层的1/3倍 A．① B．①③ C．②④ D．②③④ 10、（5分）如图为真核细胞内某基因（15N标记）的结构示意图，该基因全部碱基中A占15%，下列说法正确的是
一、名词解释 1. 翻译：将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。 2. 三联子密码：mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸， 这三个核苷酸就称为密码子或三联子密码。 3. SD序列：原核生物mRNA上起始密码子上游7-12个核苷酸处一个富含嘌呤 的区域，这个区域在翻译过程中能与16S rRNA3’端富含嘧啶的区域相互补。 这个序列称为SD序列，也叫核糖体结合位点（RBS）。 4. 简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象，称为密码子的简并性。 5. 同工tRNA：由于一种氨基酸可能有多个密码子，因此有多个tRNA来识别这 些密码子，即多个tRNA代表一种氨基酸。这种代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 6. 信号肽：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端），至少含有一个带正电荷的氨基酸，中部有一高度疏水区以通过细胞膜。 7. 摆动假说：tRNA上反密码子的第一个碱基与密码子的第三位碱基由于非Waston-Crick配对，使tRNA上反密码子识别不止一个密码子。这就是密码子摆动假说的主要内容。 8. 编码链与反义链：在转录过程中，把与mRNA序列相同的那条称为编码链或有意链，另一条根据碱基互补配对原则指导mRNA合成的DNA链称为模板链或称反义链。 9. 错意突变：是指翻译过程中，由于一个碱基的改变而引起了氨基酸的改变，即一个正常意义的密码子变成错意密码子，从而使多肽链上相应位置上的氨基酸发生了改变。 10. 单顺反子：只编码一条多肽链的mRNA被称为单顺反子。 11. 同工tRNA：代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 12. 无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基 酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，
分子生物学与基因工程原理复习资料 一、名词解释 1. 分子生物学:是研究核酸、蛋白质等生物大分子的形态、结构特征及其重要性、规律性和相互关系的科学；是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科。 2. 染色体：是细胞在有丝分裂时遗传物质存在的特定形式，是间期细胞染色质结构紧密包装的结果。 3. DNA 多态性：是指DNA 序列中发生变异而导致的个体间核苷酸序列的差异，主要包 括单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism , SNP)和串联重复序列多态性 ( tandem repeats polymorphism )两类。 4. DNA 的半保留复制：DNA 复制过程中，由亲代DNA 生成子代DNA 时，每个新形成的子代DNA 中，一条链来自亲代DNA ，另一条链则是新合成的，这种复制方式称半保留复制。 5. 冈崎片段：在DNA 复制过程中，前导链能连续合成，而滞后链只能是断续的合成5 3 的多个短片段，这些不连续的小片段称为冈崎片段。 6.SNP：single nucleotide polymorphism ，单核苷酸多样性，是基因组DNA 序列中单个核苷酸的突变引起的多态性。 7. “基因”的分子生物学定义：产生一条多肽链或功能RNA 所必需的全部核甘酸序列。 8. 获得性遗传：是有机体在生长发育过程中由于环境的影响而不是基因突变所形成的新的遗传性状。 9. DNA 甲基化：是基因的表观修饰方式之一，指生物体在(DNA methyltransferase ，DNMT)的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体，将甲基转移到特定的碱基上的过程。 10. CDNA文库：以mRNA为模板，经反转录酶催化，体外合成cDNA，与适当的载体 (常用噬菌体或质粒载体)连接后转化受体菌，则每个细菌含有一段cDNA，并能繁殖 扩增。这样包含着细胞全部mRNA 信息的cDNA 克隆集合称为该组织细胞cDNA 文库。11. 基因组：是指一个细胞或者生物体所携带的全部遗传信息。生物个体的所有细胞的基因组是固定的。 12. 蛋白质组学：指在大规模水平上研究蛋白质的特征，包括蛋白质的表达水平，翻译后的修饰，蛋白与蛋白相互作用等，获得蛋白质水平上的关于疾病发生，细胞代谢等过程的整体而全面的认识。 13. 转录组：广义上指某一生理条件或环境下，一个细胞、组织或生物体内所有转录产 物的总和，包括信使RNA、核糖体RNA、转运RNA及非编码RNA ;狭义上指细胞中转录出来的所有mRNA 的总和。 14. 基因定点突变技术：通过改变基因特定位点核苷酸序列来改变所编码的氨基酸序列的一
《DNA的复制》教学设计 泰兴市第一高级中学生物组周飞彪（225400） Email：zfb0093@https://www.doczj.com/doc/1512585434.html, 一、总体设计指导思想 本节课突出对学生科学素质的培养，精心设计课堂教学，将科学研究的过程（发现问题——提出假设——推导结论——实验验证——得出结论）作为本节课的教学主线，以求向学生介绍科学研究的一般过程和方法，并让学生亲身参与探究过程，从而培养学生科学工作的能力和方法。 二、教材分析 1、教材中的地位 本节课内容是人教版高级中学课本生物必修2第三章第三节。DNA分子的结构和复制是遗传学的基本理论。这一课时，在联系DNA结构的基础上，进一步阐明DNA通过复制传递遗传信息的功能。学好这一课时，有利于学生对有丝分裂、减数分裂、遗传规律等知识得理解和巩固，对于学生深刻认识遗传的本质是非常重要的。“DNA的复制”又是后面变异部分的基础，学好这一课时，有利于学生对基因突变、基因重组、生物进化等内容的理解和掌握。 2、重点难点 DNA的复制方式的发现虽然是选学内容，但是对学生的学会科学的探究，科学的思考有很大的帮助，有助于学生分析问题，解决问题能力的提高，所以把它作为探究的重点之一，但在知识层面上不作为重点。 DNA复制过程完成了遗传信息的传递功能；对DNA复制过程的研究，蕴含着科学研究的过程和方法教育；DNA复制的过程具有微观、动态、连续、抽象的特点。因此，对DNA复制的过程的探讨既是本课时的教学重点，也是难点。 三、学情分析 学生已经具有了DNA双螺旋结构、有丝分裂、减数分裂的基本知识，在此基础上，本课时将要从分子水平来探讨生命的本质，属于肉眼看不到的抽象知识。高中学生的认知体系基本形成，认知结构迅速发展，认知能力不断完善。他们能够掌握基本的思维方法，特别是抽象逻辑思维、辩证思维、创造思维有了较大的发展。观察力、记忆力、想象力有了明显的提高，认知活动的自觉性，认知系统的自我评价和自我控制能力也有了相应的发展。 由于本课时内容具有较高的抽象性，学生们会感到困难，因此在教学中，我除了引导学生自主、探索、合作学习以外，还通过启发式教学，设置大量的问题情境，来激发学生的学习兴趣和进一步培养他们分析、归纳、概括能力。 四、教学目标设计 知识目标 1、记住DNA复制的概念 2、简述DNA复制的过程，并分析、归纳出DNA复制过程的特点。 3、知道DNA复制在遗传上的意义 能力目标 1、通过介绍Meselson、stehl的试验，引导学生分析、比较、推理、归纳，培养科学的思维。 2、通过引导学生观察拉链和DNA复制的比较，鼓励学生大胆想象、猜测，培养学生自主探索、合 作学习、分析问题、解决问题的能力。
DNA的结构和复制知识点总结 一、DNA分子的结构 1、 DNA的化学结构： ①组成的基本元素是等。 ② 组成DNA的基本单位——。每个脱氧核苷酸由三部分组成：一个、一个和一个。 ③构成DNA的脱氧核苷酸有四种。DNA在水解酶的作用下，可以得到四种不同的核苷酸，即、、、；组成四种脱氧核苷酸的都是一样的，所不相同的是四种含氮碱基：A TGC。 ④DNA是由四种不同的脱氧核苷酸为单位，聚合而成的脱氧核苷酸链。 2、DNA的双螺旋结构：排列在外侧，形成两条主链（反向平行），构成DNA的基本骨架。两条主链之间的横档是，排列在内侧。相对应的两个碱基通过氢键连结形成碱基对，DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则（即是），一条链的碱基排列顺序确定了，另一条链的碱基排列顺序也就确定了。 3、DNA的特性： ①：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的。 ②：DNA中的碱基对的排列顺序是千变万化的。碱基对的排列方式：4n（n为碱基对的数目） ③：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。 4、碱基互补配对原则在碱基含量计算中的应用： ①在双链DNA分子中，不互补的两碱基含量之和是相等的，占整个分子碱基总量的50%。 即是+ =50%，+ =50%。 ②在双链DNA分子中，一条链中的嘌呤之和与嘧啶之和的比值与其互补链中相应的比值互为倒数。A1+G1/T1+C1=m,则A2+G2/T2+C2= 。 ③在双链DNA分子中，一条链中的不互补的两碱基含量之和的比值（A+T/G+C）与其在互补链中的比值和在整个分子中的比值都是一样的，即A1+T1/G1+C1=m,则A2+T2/G2+C2= 5、基因和遗传信息的关系
基因工程与分子生物学重点 1．限制性核酸内切酶：凡是识别切割双链的DNA分子内特定核苷酸序列的酶称为限制性核酸内切酶，简称为限制性酶。 2．限制性核酸内切酶的一般性质：37℃，pH为7.2~7.6，用Tris—HCl，Gly—NaOH两种缓冲液，Mg2+Buffer，5mM，盐浓度，巯基试剂：β-ME，DTT，BSA（牛血清白蛋白，稳定酶的作用）；决定生产的特定的DNA片段的大小，识别顺序具有180°的旋转对称，识别顺序一般是4~6个碱基，也有6个以上的，但是没有4个以下的，产生三种不同的切口:形成平头末端（SmalⅠ）：连接困难，效率较低；形成5’粘性末端（EcoRⅠ）：相对而言，5’突出尾，3’凹末端；形成3’粘性末端（PstⅠ）相对而言，3’突出尾，5’凹末端。 3．星活性：在非标准条件下（低盐和高pH，高甘油浓度>5%），限制酶识别顺序与切割顺序发生改变的现象。 4．大肠杆菌DNA聚合酶I大片段（Klenow片段）：将Pol1切下一个小片段失去5’到3’外切酶活性。补平限制酶切割DNA产生3’凹槽（5’到3’合成），用[32p]dNTP补平3’凹端，对DNA片段进行末端标记，对带3’突出端的DNA进行末端标记（利用置换活性），在cDNA 克隆中，用对和陈那个cDNA的第二条链，在体外诱变中用于从单链模版合成双链DNA，应用Sanger双脱氧末端终止法进行DNA测序，消化限制酶产生的3’突出端，应用于PCR 技术。 5．基因工程的工具酶：T7噬菌体DNA聚合酶，修饰的T7噬菌体DNA聚合酶，TaqDNA 聚合酶（没有校正功能），大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ，大肠杆菌DNA聚合酶Ⅰ大片段，T4噬菌体DNA聚合酶。 6．末端转移酶：将相同的核苷酸依次连接到3’末端，然后两条DNA通过同源多聚尾巴连接在一起，在表达前将ploy(G)切除，否则影响蛋白质的生物活性。 7．T4噬菌体多核苷酸激酶：使DNA的5’端磷酸化，也可以使DNA的5’端去磷酸化。可以发生正向反应，也可发生交换反应。正向反应：5’CTGCAG在酶和ATP（ATP具有α，β，γ磷酸基团，其中γ可给出）的作用下，生成5’pCTGCAG；交换反应：5’pCTGACG在酶和ADP的共同作用下，去磷酸化，将DNA链上的磷酸基团给出，生成5’CTGCAG和ATP，在酶和被标记的A TP作用下使得DNA再次被磷酸化同时被标记，生成ADP和5’*pCTGCAG。 8．基因工程载体种类：质粒，噬菌体的衍生物，科斯质粒或粘粒，噬菌体质粒，单链DNA 噬菌体M13，真核病毒载体，酵母质粒载体，杆状病毒。 9．质粒：在细菌细胞内作为与宿主染色体有别的复制子而进行复制，并且在细胞分裂时能恒定传递给子代细胞的独立遗传因子。 10．质粒作为基因工程载体所必备的条件：1）具有较小的分子量和松弛的复制子，2）基因组上有1~2个筛选标记，便于在平板中区分重组体和非重组体，3）DNA链上有1到几个限制酶的单一识别与切割位点，便于外源DNA的插入，4）具有插入失活（或是插入表达）的筛选标记，便于从平板中直接筛选阳性重组体。 11．Ti质粒：引起植物形成肿瘤—冠瘿瘤的质粒称为诱导肿瘤的质粒。 12．Ti质粒的优点：宿主范围广泛，Ti质粒能过转化所有的双子叶植物，并将外源基因导入植物细胞；整合到宿主细胞ch—DNA上的T—DNA成了染色体的正常遗传成分，永远居留，代代相传；T—DNA上的Opine合成酶基因有一个强大的启动子，能启动外源基因在植物细胞中高效表达。 13．分子杂交（杂交，hybrdization）：核酸研究中一项最基本的实验技术，它是指在一定条件下互补核酸链复性形成双链的过程。 14．分子杂交的原理：(一)DNA的变性：指分子有稳定的双螺旋结构松解为无规则线性结
高一生物知识点整理：DNA的结构和复 制 1、DNA的化学结构： ①DNA是高分子化合物：组成它的基本元素是c、H、o、N、P等。 ②组成DNA的基本单位——脱氧核苷酸。每个脱氧核苷酸由三部分组成：一个脱氧核糖、一个含氮碱基和一个磷酸 ③构成DNA的脱氧核苷酸有四种。DNA在水解酶的作用下，可以得到四种不同的核苷酸，即腺嘌呤脱氧核苷酸;鸟嘌呤脱氧核苷酸;胞嘧啶脱氧核苷酸;胸腺嘧啶脱氧核苷酸;组成四种脱氧核苷酸的脱氧核糖和磷酸都是一样的，所不相同的是四种含氮碱基：ATGc。 ④DNA是由四种不同的脱氧核苷酸为单位，聚合而成的脱氧核苷酸链。 2、DNA的双螺旋结构：DNA的双螺旋结构，脱氧核糖与磷酸相间排列在外侧，形成两条主链，构成DNA的基本骨架。两条主链之间的横档是碱基对，排列在内侧。相对应的两个碱基通过氢键连结形成碱基对，DNA一条链上的碱基排列顺序确定了，根据碱基互补配对原则，另一条链的碱基排列顺序也就确定了。 3、DNA的特性： ①稳定性：DNA分子两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替
排列的顺序和两条链之间碱基互补配对的方式是稳定不变的，从而导致DNA分子的稳定性。 ②多样性：DNA中的碱基对的排列顺序是千变万化的。碱基对的排列方式：4n ③特异性：每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，这种特定的碱基排列顺序就构成了DNA分子自身严格的特异性。 4、DNA的碱基互补配对原则：A与T配对，G与c配对。 DNA复制：是指以亲代DNA分子为模板来合成子代DNA 的过程。DNA的复制实质上是遗传信息的复制。碱基互补配对原则在碱基含量计算中的应用： ①在双链DNA分子中，不互补的两碱基含量之和是相等的，占整个分子碱基总量的50%。 ②在双链DNA分子中，一条链中的嘌呤之和与嘧啶之和的比值与其互补链中相应的比值互为倒数。 ③在双链DNA分子中，一条链中的不互补的两碱基含量之和的比值与其在互补链中的比值和在整个分子中的比值都是一样的。 5、解旋：在ATP供能、解旋酶的作用下，DNA分子两条多脱氧核苷酸链配对的碱基从氢键处断裂，于是部分双螺旋链解旋为二条平行双链，解开的两条单链叫母链。 DNA的复制：
病毒、原核生物及真核生物基因组 第一节基因组和基因的一般概念 基因组：细胞或生物体中，一套完整单体的遗传物质的总和称为基因组（genmome）。 人类基因组包含细胞核中的24个线性DNA分子以及胞浆线粒体上的遗传物质(一个长16569bp的环状DNA分子，又称线粒体基因组)。 基因组的结构：主要指不同的DNA功能区域在DNA分子中的分布和排列情况。 基因： 经典概念：按照经典的遗传学概念，基因是控制生物性状的遗传物质的功能和结构单位。 一般概念：基因是携带一定遗传信息的特定DNA片段，它可以通过转录和翻译等过程表达具有一定生物功能的多肽链或转录出在蛋白质生物合成过程中起重要作用的tRNA和rRNA 及其它RNA。 最新概念：基因是合成多肽或RNA顺序所必需的完全核酸顺序。一个基因不仅包含编码蛋白质或RNA的核酸顺序，而且包括获得一个特殊的初级转录物所需的全部顺序。 操纵子：operon, 在细菌中，一些功能相关的酶的基因常一个紧接一个的串联排列，受同一操纵区控制，这种由多个结构基因及其共同的转录操纵区组成的单一转录单位称作操纵子。顺反子：cistron, 及结构基因，为编码一个多肽的遗传单位。 多顺反子：polycistronic, 多顺反子见于原核生物（但原核生物也有单顺反子作用单位），意指一个mRNA分子编码多个多肽链，这些多肽链对应的DNA片段则位于同一转录单位内，享用同一对起点和终点。 单顺反子：monocistronic, 多见于真核生物，一个转录完毕的mRNA内含有外显子和内含子对应的转录产物，经剪接后，该mRNA只编码一条多肽链。 简单转录单位：产生单一多肽的单一类型的mRNA的真核基因称简单转录单位。 复杂转录单位：被复杂转录单位编码的初级RNA转录物能够通过使用不同的切接位点或poly(A)位点以多于一种方式加工，导致包含不同外显子的mRNA。 填空 1．真核生物的核基因组包含至少2个线性DNA分子，此外还有线粒体基因组和叶绿体基因组。 2．真核基因中，转录控制区甚至在编码区上游50kb 3．基因组大小：痘病毒300kb，大肠杆菌4.64×103 kb，酿酒酵母12.1×103 kb，人3000×103 kb，家鼠3300×103 kb，SV-40 5.2kb，噬菌体46kb 4．色氨酸操纵子包含5个与合成Ser有关基因，转录产生单一9kb的mRNA 5．外显子跳跃产生相同的5，和3，外显子，不同的内部外显子 6．包含2个或更多polyA位点的转录单位产生不同mRNA，每个都有相同5，外显子不同的3，外显子 7．同一基因的不同启动子在不同类型细胞中活化，产生mRNAs具有相同3，外显子，不同5，外显子 第二节病毒基因组结构的一般特点及部分重要的病毒基因组 病毒基因组的一般特点？ 1.不同病毒基因组大小相差较大 2.病毒基因组可由DNA组成，也可以由RNA组成 3.DNA病毒的基因组均由连续的DNA分子组成，多数RNA病毒基因组也由连续的核糖核酸 链组成，有些以不连续的核糖核酸链组成。 4.常见基因重叠现象 5.重叠基因虽然RNA顺序大部分相同，但是转录成的mRNA的读框不同，因此产生的蛋白
《分子生物学》试卷（基因与基因组） （课程代码） 班级姓名学号 一、名词解释（每小题﹡分，共﹡分） 1. 基因 2. 断裂基因 3.结构基因 4.非结构基因 5. 内含子 6. 外显子 7.启动子 8.增强子 9. 沉默子 10. 反应元件 11. 基因组 12. 质粒 13.操纵子 14. 单顺反子 15. 多顺反子 16. 转座因子17.转座子 18. 基因家族 19.基因超家族 20.假基因 21. 自私DNA 22. 反向重复 23. 串联重复 24. 卫星DNA 25. 微卫星DNA 26. DNA指纹 27.基因组学 28. 短串联重复 29. 基因型 30. 重叠基因 31. 分段基因组 32. 逆转录病毒 33. 等基因 34. 共价闭合环状DNA 35. 复制起点 二、单项选择题（从下列各题所给备选答案中选出一个正确的答案，并将其序号填在题干后的括号内。 1. 以下哪项属于真核生物基因的顺式作用元件：（ C ） A.内含子 B. 外显子 C.增强子 D.操纵子 E.转座子 2. 以下哪种病毒的基因组是单股负链RNA：（ B ） A.SARS冠状病毒 B.H5N1禽流感病毒 C.呼肠孤病毒 D.人类免疫缺陷病毒 E.乙型肝炎病毒 3. 原核生物与真核生物基因组比较，以下哪项是原核生物的特点：（ A ） A.基因密度高 B.无操纵子结构 C.有多基因家族和假基因 D.多复制起点品 E.有大量重复序列 4. 以下哪项是真核生物基因组结构特点？（ B ）
A．只有一个复制起点 B. 有大量重复序列 C. 大部分是编码序列 D. 有操纵子结构 E.转录的RNA为多顺反子 5.增强子的作用是（ B ） A.增强DNA复制 B.增强基因转录 C.增强基因稳定性 D.增强RNA的稳定性 E．被RNA聚合酶识别结合 6.以下哪项是原核生物基因组的结构特点（ C ） A.由DNA或RNA组成 B.有单链、双链之分 C.操纵子结构 D.与组蛋白结合 E. 基因重叠 7.以下哪项属于启动子元件（ C ） A.内含子 B. 外显子 C.TATA盒 D.终止子 E.CAAT 盒 8.下列关于启动子的论述正确的是下列关于启动子的描述正确的是： ( C ) A．可以表达基因产物 B．能专一地与阻遏蛋白结合 C．是RNA聚合酶的结合部位 D．是DNA聚合酶的结合部位 E. 是结构基因 9. 不属于真核基因表达调控的顺式作用元件的是：（ C ） A．启动子 B．增强子 C．操纵子 D．沉默子 E. 反应元件 10.由AATAAA和富含GT或T序列共同组成的顺式作用元件是 ( D s ) A.启动子 B. 增强子 C. 反应元件 D. 加尾信号 E. 沉默子 三、多项选择题（从下列各题所给备选答案中选出一个或多个正确的答案，并将其序号填在题干后的括号内。多选、少选、选错或未选者不得分。每小题﹡分，共﹡分） 1. 以下哪些是病毒基因组的特点（A C E） A．基因重叠 B．大部分是非编码区 C．分段基因组 D．由双链环状DNA组成 E．单倍体基因组 F．基因没在内含子基因中不含内含子 2. 以下哪些是原核生物基因组的特点（A B C E） A．只有一个复制起点 B．有操纵子结构 C．基因中没有不含内含子 D．基因重叠 E．有编码同工酶的等基因 F．由线性双链DNA组成 3. 以下哪些是真核生物基因组的特点（B C） A．编码区大于非编码区 B．有大量重复序列 C．转录产物为单顺子 D．没有基因家族不存在基因家族 E．有含质粒基因组 F．有操纵子结构 4. 以下属于上游启动子元件的是（A D E） A．CAAT盒 B．TATA盒 C．poly(A) D．GC盒 E．CACA盒 F． SD序列 5. 以下属于顺式作用元件的是（A B D E F） A．启动子 B．反应元件 C．外显子 D．增强子 E．沉默子 F． poly(A)加尾信号 6. 以下属于单倍体基因组的是（A B C D F） A．腺病毒 B．呼肠孤病毒 C．乳头瘤病毒 D．噬菌体 E．反转录病毒 F．乙肝病毒 7. 以下是转座因子的是以下属于转座因子的是（A B） A．插入序列 B．Mu噬菌体 C．质粒 D．卫星DNA E．回文序列 F．反向重复序列 8. 以下是高度重复序列的是（C D E F） A．Alu序列 B．KpnI序列 C．串联重复序列 D．短散在重复片段 E．卫星DNA F．回文序列 9. 以下是中度重复序列的是（A B C D E） A．rRNA编码基因 B．tRNA编码基因 C．免疫球蛋白基因 D．组蛋白基因 E．Alu家族 F．大卫星DNA 10. 以下哪些是反转录病毒的基本结构基因（B D E） A．Rev B．gag C．tat D．pol E．env F．Vpr 四、简答题（回答要点，并简明扼要作解释。每小题﹡分，共﹡分） 1.上游启动子元件是什么 2.什么是转座 3.什么是高度重复序列 4.GT-AG法则是什么 5.病毒基因组有哪些特点 6.原核生物基因组有哪些特点 7.真核生物基因组有哪些特点 8.人类基因组有哪些特点 9.基因重叠有什么意义 10.质粒有哪些特性 11.什么是基因多态性 12.什么是中度重复序列