植物古DNA研究应用.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2002年，Matsuoka等的研究表明：玉米的驯化可能早在9000年前就在墨西哥南部的巴尔萨斯河流域开始了。 2003年Jaenicke-Després等分析了古代玉米的三个基因：控制叶腋分裂组织生长的tb1 基因、控制种子贮藏蛋白表达的pbf 基因和编码淀粉去分支酶的su1 基因。该研究所选择的材料为：来自于4300年前、2300~2800年前的墨西哥玉米样本和来自于1900年前、650~900年前的美国新墨西哥州玉米样本。 玉米表型基因研究Science 研究结果 现代玉米的tb1、pbf和su1等位基因在4400年前的墨西哥玉米中就已经存在，说明在玉米还没有传播到美国西南部之前，它的形态和有关蛋白质、淀粉的生物化学特征就已经开始被选择驯化了。 使玉米更容易收割的基因比增加玉米产量的基因更早地被选择保存下来；玉米棒的大小是驯化早期阶段的选择目标；而影响玉米淀粉的粘性的su1基因可能是玉米驯化后期的选择目标。 玉米的传播 我们已经知道玉米起源于中美洲，此后到达南美并继续传播，但是玉米是何时到达南美，又是以什么模式进行传播的呢？ 2003年，Freitas 等通过分析东部巴西、秘鲁和北部智利的考古学样本的Adh2 基因，发现栽培玉米扩张到南美是两次独立的事件，一条途径是从中美洲传播进入安第斯山脉地区，另一条途径是顺着大陆东北沿岸的低地传播。 2007年，Verónica等选取了南美南部安第斯考古遗址的400~1400年前的玉米样本，对其古DNA进行检测，并研究了其三个微卫星位点，结果表明：栽培玉米最初传播到南美是通过高地这个路线，而不是通过低地传播。 高粱古DNA研究应用 1998年，英国Durham大学的Deakin等对重要的谷类作物高粱 (Sorghum bicolor) 进行了研究，他们采集了埃及公元前800年至公元1800年间的双色高粱种子的系列样本，这些样本保存在极端的沙漠环境中，他们从这些古代高粱样本中提取了一系列不同时代的古DNA。如果将其与现代人工种植的高粱以及生长在不同地理范围内的野生高粱进行对比研究，会为揭示高粱的演化过程提供丰富的分子资料。 葫芦研究 葫芦 (Lagenaria siceraria) 是世界上最古老的农作物之一，在非洲、欧亚大陆及美洲的许多考古遗址中均发现葫芦的遗存。葫芦起源于非洲，在9000-8000BP到达东亚，距今8000BP在新世界广泛分布，美洲葫芦来自于非洲还是亚洲？ 2005年，Erickson等对美洲的秘鲁、墨西哥和美国佛罗里达的一些考古遗址中的葫芦外壳碎片的古DNA进行了分析，他们利用叶绿体DNA中的三个多态性序列成功地区分出葫芦的非洲类型和亚洲类型，结果表明：葫芦最初是由亚洲而不是非洲传入美洲的。 古环境复原 孢粉分析Spore-Pollen analysis 冰芯 科学家们尝试从冰层最深处的冰芯中获得植物古DNA，运用这一手段可以获得这些地区古植物和古气候环境的大量信息。 2007年，Willerslev等在格陵兰岛的不同位置钻了3口井，采集从冰层表面到底部的完整的冰芯来进行古DNA分析。三口井分别为：⑴ DYE-3，位于格陵兰岛的南部地区；⑵ GRIP，位于格陵兰岛冰盖的中间部位；⑶ JEG，位于加拿大的约翰·埃文斯冰川。 其中加拿大冰川的历史最短，只有几千年，因此他们用在JEG钻井中采集的样本进行了方法的测试。JEG钻井中获得的古DNA包括3种植物，且均为当地几千年来最常见的物种，由此证明从冰芯底层发现的东西可以代表当时当地的环境。 他们从超过3公里深的GRIP钻井中未获得任何DNA信息，而从2公里深的DYE-3钻井中提取出了古DNA，并获得rbcL和trnL基因间区的59~120bp序列，从而再现了这一地区近百万年间某一时候的生命景象。 格陵兰岛为森林所覆盖，到处分布着赤杨属 (Alnus)、云杉属 (Picea)、松属 (Pinus)、红豆杉科 (Taxaceae) 等木本植物和菊科 (Asteraceae)、豆科 (Fabaceae)、禾本科 (Poaceae) 等草本植物。这与今天加拿大东部及瑞典的北方森林生态系统相似，而与现在格陵兰岛的极地环境完全不同。 Willerslev等的研究为冰层覆盖地区远古环境、气候、生态系统的研究提供了新的方法，地球的两极有占陆地面积10%的地区存在着冰芯，因此这一研究方法有着广阔的应用前景，在更深的冰芯中或许存在着更加古老的植物的遗传信息，这将为古植物、古环境的研究带来新的革命。 * * * * * * * * * * * * * * * 第八章 植物古DNA研究应用