查尔酮合酶（chalcone synthase，CHS）基因家族在被子植物中的分子进化和分子系统学应用研究

本论文用PCR、克隆、测序的方法，从18个科的61种被子植物中得到了215 条CHS基因外显子2的部分序列。对这些序列的分析表明，所有序列有较高的相似性（>70%）和氨基酸组成，多数序列具有典型的CHS基因功能，部分序列由于底物结合位点和组成环化反应口袋的氨基酸残基发生了突变可能具有了新功能，进一步的分析表明，这些可能具有了新功能的序列是在不同科内独立发生的，并且在不同科内的分布也不一样。此外，在各类群中，CHS基因外显子2的密码子使用有明显差异，一些类群明显偏好G和C，另一些类群则偏好A和T，多数类群密码子的使用较为平均。在多个类群中发现含有碱基插入／缺失的假基因。 通过对本实验室有良好研究基础的木通科、木兰科、三白草科和山茶科进行科内取样的研究表明，这些科的CHS基因多来源于在科形成前发生重复了的不同拷贝，这些拷贝在不同的类群中经历了不同的进化历程，有的拷贝在某些种内丢失了，而有的拷贝则发生了重复，一些类群中重复／丢失事件在近期可能还在发生。进一步分析的结果显示CHS基因家族主要经历了一个所谓“生－和－灭”的进化模式，该模式以频繁的基因重复和假基因化为主要特征，在这一过程中纯化选择占主导作用，但在一些物种的某些位点可能也存在正选择或纯化选择压力得到了放松。 通过对上述四科CHS基因家族所构建的系统树和已有的这些科的系统关系的比较表明，虽然在一些科内CHS基因能部分反映物种的系统关系，但由于该基因家族的进化特点决定了其较低的系统学应用价值。 利用已有的被子植物CHS基因家族成员所建的系统树主要由两个大的分支组成，有的植物的CHS基因家族成员在系统树的两个分支上分布，而有的植物的CHS基因家族成员只在系统树的其中一个分支上分布，这表明被子植物CHS基因家族各成员可能来源于其形成前的两到三个拷贝，并且各拷贝在不同植物中的进化有不同的命运。