中国学者最新文章利用DNA序列鉴别隐性杂交种
物种自然杂交现象在自然界中普遍存在, 并被认为在适宜条件下可以多地独立发生. 2013年, 在云南元江采集的7种铁线蕨属植物中, 其中一种在形态上疑似台湾产梅山铁线蕨, 而该种被认为是以假鞭叶铁线蕨为母本、半月形铁线蕨为父本的自然杂交物种.
来自中国科学院上海辰山植物科学研究中心，上海师范大学登出的研究人员利用核DNA和叶绿体DNA序列鉴别了铁线蕨属AdiantumL. (凤尾蕨科)新的隐性杂交种，由此提出中国可能存在大量的自然杂交种尚未发现, 并可以通过核DNA序列和叶绿体DNA序列进行准确鉴定。
自然杂交是指在自然条件下具有显著不同可遗传性状的2个居群的个体之间的成功交配. 自然杂交在进化生物学研究中具有重要意义,特别是在分类与系统生物学、生殖隔离与物种形成机制及其基本的进化过程的研究方面尤为重要. 一般认为, 只要有嫌疑亲本共同存在的分布区, 自然杂交就具有异地独立发生的可能. 因此异域杂交物种形成被认为是自然界广泛存在的现象, 如粤紫萁(Osmunda mildei)被
认为是华南紫萁(O. vachellii)和紫萁(O. japonica)的杂交物种, 后代不育, 但在中国的香港、广 东、湖南、江西等多地独立发生； 中日双盖蕨(Diplazium kidoi)原产日本, 是薄叶双盖蕨(D. pinfaense)和耳羽短肠蕨(D. wichurae)的杂交后代, 同样在中国华中地区也有发现. 但这些异地发生的杂交事件往往仅依靠形态上的相似性, 并未进行进一步的细胞学或分子生物学的检测.
2013年,这一研究组的研究人员在云南元江哀牢山发现了一个由铁线蕨属鞭叶系(AdiantumL. Ser. Caudata)物种混生的自然群落, 包括半月形铁线蕨(Adiantum philippense)、假鞭叶铁线蕨(A. malesianum)、鞭叶铁线蕨(A. caudatum)、苍山铁线蕨(A. sinicum)、普通铁线蕨(A. edgeworthii)、孟连铁线蕨(A. menglianense)以及形似梅山铁线蕨(A. meishanianum)的个体(Adiantum sp. Yan12410 & Yan12413, 以下称云南元江产“梅山铁线蕨”), 并在中国科学院的官方网站道(http://www.cas.cn/ky/kyjz/201306/t20130628_3888661. shtml).梅山铁线蕨原产台湾高雄梅山口, 被认为是以假鞭叶铁线蕨为母本以半月形铁线蕨为父本的杂
交物种.
通过对比研究人员发现, 云南元江产的“梅山铁线蕨”与台湾产的梅山铁线蕨在形态上仍然有些细微的差别. 王凡红等人通过叶绿体rbcL基因序列对云南勐腊产“梅山铁线蕨”进行分析, 表明具与台湾产梅山铁线蕨rbcL基因序列完全一致, 可能是梅山铁线蕨的异域杂交起源.
由于具有母系遗传背景的叶绿体DNA不能反映父本的来源, 所以必须利用核DNA序列的遗传信息对杂交物种进行准确的鉴定. 核DNA序列具有双亲遗传的特性, 但是由于多倍化等原因, 很少在蕨类植物中被应用, 因此以前的研究多是基于等位酶技术. 随着测序技术的兴起和发展, 部分低拷贝核基因序列被筛选出来, 并已经被用于蕨类植物的系统学研究和杂种鉴定. 对于处于过渡形态的个体, 如果是杂交造成的, 那么应该可以通过直接测序的办法在这些个体中发现来自双亲的等位基因.
研究人员采用细胞核遗传的隐花色素基因2(Cryptochrome gene 2, CRY2)第3外显子, 测序后检测峰图上的点突变杂合位点的叠加峰, 再通过分子克隆的办法, 找出来源不同的单倍型, 由此推断杂交种的亲本.
在叶绿体DNA序列的研究中, rbcL, atpB, atpA为基因编码区, 演化速率较慢, 在解决种间亲缘关系时效果较差,因此研究人员增加了演化速率较快的非编码DNA序列, 即trnL-F, rps4-trnS基因间隔区序列.
绝大多数植物中, 叶绿体DNA序列通过雌配子以母系遗传的方式传递, 比较杂交个体及其可能亲本的叶绿体DNA序列可以揭示其母本起源； 然而核DNA序列是双亲遗传, 比较核DNA序列组成, 能够找出其双亲起源.
这项研究尝试用核DNA序列和叶绿体DNA序列共同去鉴别这些铁线蕨属植物及其亲缘关系, 其主要目的在于探讨: (1) 铁线蕨属的自然杂交种是否存在异地独立起源事件? (2) 铁线蕨属自然杂交后代与亲本之间的关系如何?
通过单拷贝核DNA序列CRY2 exon 3和叶绿体DNA序列rbcL, atpB, atpA, trnL-F, rps4-trnS对云南元江产梅山铁线蕨存疑种进行研究, 结果显示云南元江产梅山铁线蕨存疑种为以苍山铁线蕨为母本和以孟连铁线蕨为父本的自然杂交种, 由于形态上与台湾产梅山铁线蕨相似、父母本亲缘关系上与梅山铁线蕨的双亲近缘, 因而可称为梅山铁线蕨的隐性杂交种.
据此认为, 研究人员认为中国可能存在大量的自然杂交种尚未发现, 并可以通过核DNA序列和叶绿体DNA序列进行准确鉴定； 同时, 诸如铁线蕨属这样的蕨类植物, 由于存在无性繁殖习性, 可以弥补有性生殖隔离带来的适合度降低的缺陷, 增加杂交种在自然界中的存活机会, 是蕨类植物中自然杂交种普遍存在的重要原因.
