植物抗污染分化进化研究进展及其分子生物学技术的应用-

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1、植物抗污染分化进化研究进展及其分子生物学技术的应用*植物抗污染分化进化研究进展及其分子生物学技术的应用*【文传浩王震洪段昌群云南大学生物系环境与进化生态学研究室】【摘要】全球性的环境污染一定程度上改变了自然地理环境，使植物种群面临一个全新环境。污染敏感种逐渐消失，抗性种质被保存并得以进化。因此，植物的分化进化研究成为进化生态学的重要领域。同工酶、RFLP、PCR、RAPD等分子生物学技术已成为重要研究手段并广泛应用于植物抗性进化研究中。【关键词】分化进化进化生态学分子生物学技术环境污染工业革命以来，人类经济活动大大改变了地球环境面貌，

2、其变化速度和程度是生活演变与进化过程中最为激烈的一个时间阶段。目前地球各个角落都程度不同地受到了污染，这种遍布全球、旷日持久的环境污染，使现存生物面临一种全新的生态环境[1、2]。污染胁迫最显著效应就是消除敏感种或个体，改变生物群落物种构成[3]。与自然进化相比，抗污染进化是工业化以来自然界一切生物所面临的特殊进化过程[3、4]。在此情形下，植物如何进化、适应？如何影响生态系统完整性和生物多样性？对当今世界作物育种提出了什么现实问题？这些都关系到人类活动下生物圈既定机制维持的重大问题[3、5]。植物进化研究，为上述问题的解决提供了可能

3、途径，这也正是植物抗性分化进化研究近二十年来在进化生态学领域中异常活跃的重要原因。1植物污染进化生态学研究现状总体上看，抗污染进化研究的历史不足五十年。50年代Ford和KettleentLengthPolymorphisma,限制性内切酶片段长度多态性)作为第一代分子生物学标记自问世以来已广泛运用于多门生物学科研究中，但它运用于植物抗性研究还只是近几年的事。RFLP能对植物的抗性基因进行定位和分离，利用RFLP技术，对于核基因组或叶绿体基因组、尤其是后者，若能提取纯净DNA，则可直接从酶切后的电泳图谱看出其多态性，利用这一方法可以测

4、定种群内、种群间不同水平的物种在污染环境下抗性分化进化水平上的差异。与核酸序列分析相比，RFLP可省去序列分析中许多非常繁琐工序，但相对RAPD而言，RFLP方法更费时、费力，需要进行DNA多种酶切、转膜以及探针的制备等多个步骤，仅对基因组单拷贝序列进行鉴定。但RFLP又有比RAPD优越之处，它可以用来测定多态性是由父本还是母本产生的，也可用来测定由多态性产生的突变类型究竟是由碱基突变或倒位、还是由缺失、插入造成的[26]。2.3PCR技术PCR(PloymeraseChainReactions,聚合酶链式反应)自80年代中期问世以来

5、，以其快速、简便、灵敏、特异等特点受到分子生物学界极大青睐，已广泛用于基因工程、临床检验、环境生物监测以及进化生态学中核酸水平的基因多态性等研究领域。PCR由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸三部反应构成一个扩增循环，使目的DNA片段得以迅速扩增。这一技术能选择性富集一个特异DNA序列，并成106扩增。PCR扩增技术与RFLP结合使用其用途更为广泛，PCR技术主要优点有：①PCR与DNA测序结合，扩增后无需再克隆，纯化即可直接测序。②可扩增一个只知基因一侧或两侧碱基序列的基因。③可进行DNA多种突变的测定，如碱基互换、缺失、插入型突

6、变[16]。PCR近几年已逐渐引入到植物抗污染进化研究领域中，并表现出强大的应用潜力。2.4RAPD技术1990年s和AmplifiedPolymorphismDNA,随机扩增多态性DNA)。尽管RAPD技术诞生时间不长，但由于其独到的DNA多态性及快速和比PCR更简便等特点，使它成为基因组遗传图谱构建；基因定位及进化生态学研究中最为重要手段之一。RAPD与PCR、RFLP、DNA指纹图技术相比，它有如下特点：①RAPD技术可在对受试物种缺乏任何分子生物学研究背景下，直接对基因组进行多态性分析。②操作简单；一次RAPD扩增实际就是一次

7、简单的PCR反应，适合大量的样本快速分析。③所需模板DNA量极少；一般一次扩增只需10-50ngDNA，这对于濒危动植物的基因组分析是十分有效的[27、29-31]。④与RFLP相比，RAPD可免去探针克隆与分离过程，不需进行DNA序列分析。⑤RAPD同时适用于基因组的单拷贝区域或重复序列区。RAPD在植物抗污染进化研究中具有重大推动作用。利用RAPD分析矿区不同重金属污染历史下作物DNA结构多样性，从中可试图找到对重金属污染具有抗性的DNA片段或基因组。这些研究虽然在国内外刚刚起步，但这些工作直接从分子水平上分析污染条件下种群遗传结

8、构上的分化进化，在理论上具有广阔的研究前景和意义。2.5核酸序列测定核酸序列测定包括DNA和RNA序列的测定。由于rRNA基因较保守，因此分子生物学中更重视rRNA基因的测定。在植物抗污染进化研究中主要运用叶绿体4.5S