木兰属植物分子生物学研究进展

　　潘恒昶等[21]测定了木兰科拟单性木兰属(Parakmeria)等10个种(11个样品)植物的叶绿体DNA的matK基因序列,分析结果后认为:拟单性木兰属与单性木兰属(Kmeria)有极近的同源关系;木兰属的玉兰亚属与拟单性木兰属和单性木兰属关系很近,并形成一个单系分支;木兰亚属、木莲属以及玉兰亚属、拟单性木兰属和单性木兰属所组成的分支形成一个单系分支;拟单性木兰属、单性木兰属的系统位置,以及它们与木兰属之间的关系需要重新考虑。
　　2亲缘关系分析
　　应用分子标记对植物种类及品种间进行亲缘关系分析,可以在分子水平上阐明生物系统演化及分类关系,直接关系到育种亲本的选择和种质资源的合理利用。木兰科各属植物之间在内部结构和外部形态特征上有很多重叠,以致长期以来不同学者对木兰科植物的分类系统及亲缘关系的认识上存在很大分歧,在属的界定上得不到统一[14]。
　　Qiu等[23]利用cpDNA对亚洲和美洲北部这一带的皱种木兰组(Sect. Rytidospemum)6 个种7个品种进行了亲缘鉴别。分析结果认为美洲三瓣木兰(Magnolia.tripetala)是美洲皱种木兰组的唯一种,皱种木兰组与木兰亚科其他种不是同源群,而是姊妹类群。Kim等[24]再次用ndhF基因进行序列分析证实了该结果。
　　Saneyoshi等[25]采用nSSR和cpSSR技术分析了日本东海地区的11个日本毛玉兰(Magnolia stellaa)种群的遗传多样性。将11个种群划分为A、B、C 3个类群,其中B类群有最丰富的基因多样性,C类群有最丰富的叶绿体单膜类型,通过2种方法的分析比较得出,B群落跟A和C有很高的相似性。为了维持基因漂移,B群落应该消除。在优先保护问题上,应该优先考虑C群落。
　　王亚玲等[26]以玉兰亚属的20个材料(含种和品种)为研究对象,用RAPD技术对其亲缘关系进行分析。从55个随机引物中筛选15个对所有供试材料进行扩增。共获得274条DNA谱带,其中262条为多态性带。建立的基于RAPD结果的亲缘关系树形图显示,玉兰亚属的基因背景非常复杂,类群划分较为困难。说明中国的玉兰亚属种质资源非常丰富。
　　贺随超等[27]用AFLP分子标记技术对红花玉兰与玉兰亚属几个种之间的亲缘关系,以及红花玉兰的分类地位进行了分析。其分析结果表明:各玉兰种间,红花玉兰与白玉兰、武当木兰的遗传相似度较高;玉兰亚属种间基于AFLP分析的聚类结果与形态学对种的划分基本吻合。红花玉兰不仅形态上与其他玉兰种有明显区别,AFLP分子标记也支持红花玉兰为一个独立的新种,多瓣红花玉兰变种与红花玉兰原变种为一个种。
　　3群体遗传结构及遗传多样性研究
　　植物居群的遗传变异水平和居群遗传结构是其进化历史、分布状况、生活型、繁育方式和种子散布机制等各种不同因素综合作用的结果,与其适应性和进化潜力密切相关,故检测植物的遗传变异水平及其空间结构,是探讨上述各种进化因素的前提,同时关系到物种保护和复壮策略的制定和措施。利用分子标记技术来研究物种的遗传变异,对深入探讨物种致濒机理以及保护和延续物种多样性具有重要的理论意义和实际价值。
　　Setsuko等[28]利用SSR技术分析了175个星花木兰(Mag-nolia tomentosa)母本无性繁殖出的1 044个个体样本的遗传结构和分布尺度,建立了保护濒危物种星花木兰的基准线。该研究将样本分成一个小群体和一个大群体。这2个群体的空间自相关系数揭示了小群体的过量的纯合子是由它的遗传基础和近亲交配造成的,纯合子频率从小群体到大群体逐渐降低是由于它们的遗传结构减弱或者近亲杂交强度减弱了。Kikuchi等[29]对分布于日本西部的Magnolia siebo-ldii ssp. japonica进行SSR分析。应用4个SSR位点分析6个区域的19个群落进行遗传变异分析,结果显示:与同科的其他种类以及其他特有植物相比,M. sieboldii ssp. japonica的遗传变异非常低。
　　刘登义等[30]运用随机扩增多态DNA(RAPD)技术对天目木兰(Magnolia amoena)居群的遗传多样性进行了研究。结果显示相同产地居群内个体间的遗传距离较小,遗传多样性水平很低;不同产地居群个体间的遗传距离较大,遗传多样性水平较前者高。即天目木兰个体间遗传多样性水平与其地理分布有关。天目木兰总体较低的遗传多样性是导致它濒危的原因之一。
　　贺随超等[31]采用AFLP分子标记对目前仅发现于湖北五峰狭域分布的红花玉兰种质资源的遗传多样性进行了研究。用10对引物对6个居群的43个个体进行了选择性扩增,共检测到623个有效位点,其中多态位点595个。其结果表明:在物种水平上,红花玉兰的遗传多样性水平很高,多态位点百分率达95.51%,Nei′s基因多样度(Hr)为0.211±0.028 6;红花玉兰的遗传变异主要存在于居群内,居群间的遗传分化较小。
　　4种质的评价与鉴定
　　由于不同种质在基因组上存在差异,加上分子标记的无限性,所以利用分子标记理论上可以鉴别任何种质。郭宝林等[32]利用RAPD技术讨论了厚朴的种类亲缘关系:从分子水平区别了“川朴”和“温朴”的差异;将原有2个种划分为3个,以及建议建DNA指纹图库辨别厚朴。王艇等[33]利用核酸扩增指纹法(DAF)扩增了中药材厚朴获得清晰可靠的DNA指纹图谱。根据琼脂糖凝胶上显示的DNA带型差异可准确区分出厚朴及其伪品和混淆品。刘文生等[34]采用随机引物扩增多态性DNA(RAPD)技术对厚朴进行扩增获得了很清晰的DNA带型,说明DNA指纹图谱是木兰科植物品种评价鉴定中较好的遗传工具。
　　5展望
　　由于人类过度的开发利用,木兰科植物的生存环境遭到严重破坏,而且它们自身繁殖能力低下,许多种类处于濒危状态。木兰科植物在《中国植物红皮书》中被列为国家重点保护的种类有39种,其中木兰属中就有6种是国家重点保护的珍稀濒危树种[35]。在木兰科珍稀濒危物种研究中,遗传资源的保护是非常重要的课题。要从根本上保护濒危物种,除加强就地保护措施以及开展迁地保护外,还需从林木本身的遗传性变异、种群间遗传变异以及物种水平遗传变异之间的关系出发,实现对种质资源和基因库进行有目的的保护。
　　分子标记辅助育种或叫间接选择育种,是利用与目标基因紧密连锁的分子标记来判断目标基因是否存在的选择育种方法。该方法不受环境因素的影响,可对其杂交后代进行早期选择与预测,从而提高选择效率,加快育种的进程。木兰属植物用途广泛,在材用、城镇庭园绿化、香料、药用等方面具有很大的发展潜力。通过分子辅助育种可以实现早期选择,为木兰属植物的选择育种和开发利用开辟一条捷径。
　　遗传图谱构建是当今研究的前沿科学,也是基础课题。分子标记连锁图为进行植物基因组的结构分析和比较提供了有力工具,可利用它进行数量性状基因位点的研究,生物体主要性状的早期测定以及快速有效地定位可克隆目的基因,是改良林木遗传品质的有效手段和希望所在。目前,国内外还未见有对木兰属植物进行遗传图谱构建的报道,应加强相关方面的研究,为木兰属植物的数量性状基因位点、目的基因克隆和分子标记辅助育种奠定基础。
　　6参考文献
　　[1] 刘玉壶.木兰科分类学的初步研究[J].植物分类学报,1984(22):89-109.