Nghiên cứu mối quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở việt nam bằng ứng dụng phần mềm tin học và thông tin trình tự gen

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam hiện biết có 22 chi (Nguyễn Tiến Bân, 2003). Các nghiên cứu phân loại họ Trôm dựa trên đặc điểm hình thái đã được thực hiện trong nhiều công trình, tuy nhiên những nghiên cứu về mối quan hệ gần gũi của các chi hầu như chưa được thực hiện tại Việt Nam. Bài viết trình bày nghiên cứu mối quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam bằng ứng dụng phần mềm tin học và thông tin trình tự gen.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu mối quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở việt nam bằng ứng dụng phần mềm tin học và thông tin trình tự gen

BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM - HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ 5 DOI: 10.15625/vap.2022.0031 NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GẦN GŨI CỦA CÁC CHI THUỘC HỌ TRÔM (STERCULIACEAE) Ở VIỆT NAM BẰNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TIN HỌC VÀ THÔNG TIN TRÌNH TỰ GEN Kiều Cẩm Nhung1,2, Lê Ngọc Hân3, Vũ Thị Huế4 , Đỗ Thị Xuyến5, Trần Thế Bách3,* Tóm tắt. Trên cơ sở ứng dụng phần mềm Clustalx 2.0, MrBayes 3.1, Paup 4.0, TreeView 1.6.6, Mega 5 và thông tin trình tự gen ITS, rbcL trên ngân hàng gen (https://www.ncbi.nlm.nih.gov) chúng tôi đã xây dựng được sơ đồ mối quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam. Các sơ đồ đã chỉ ra giả thiết về mối quan hệ gần gũi như sau: Abroma gần gũi với Theobroma; Byttneria gần gũi với Guazuma; Commersonia gần gũi với Melochia; Eriolaena gần gũi với Pentapetes; Firmiana gần gũi với Sterculia; Guazuma gần gũi với Byttneria; Helicteres gần gũi với Reevesia; Heritiera gần gũi với Sterculia; Kleinhovia gần gũi với Guazuma, Byttneria, Commersonia; Melochia gần gũi với Waltheria, Commersonia; Pentapetes gần gũi với Eriolaena; Pterospermum gần gũi với Eriolaena và Pentapetes; Reevesia gần gũi với Helicteres; Sterculia gần gũi với Firmiana, Heritiera; Theobroma gần gũi với Abroma; Waltheria gần gũi với Melochia. Các kết quả trên hầu như phù hợp với hệ thống phân loại được áp dụng trong công trình của Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J. (2007). Từ khóa: MrBayes, Paup, ITS, rbcL, Sterculiaceae, Việt Nam, Trung Quốc. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam hiện biết có 22 chi (Nguyễn Tiến Bân, 2003). Các nghiên cứu phân loại họ Trôm dựa trên đặc điểm hình thái đã được thực hiện trong nhiều công trình, tuy nhiên những nghiên cứu về mối quan hệ gần gũi của các chi hầu như chưa được thực hiện tại Việt Nam. Nghiên cứu về phân loại học và hệ thống học họ Trôm không thể bỏ qua các nghiên cứu về mối quan hệ gần gũi và ở mức độ cao hơn nữa là phát sinh chủng loại họ Trôm. Để thực hiện nghiên cứu này hiệu quả, các phần mềm máy tính và thông tin trình tự gen cần được sử dụng. Bài báo ứng dụng hai phần mềm MrBayes, PAUP và một số phần mềm khác, thông tin trình tự gen ITS, rbcL để nghiên cứu mối quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam. 1 Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KH & CN Việt Nam 2 Bộ Khoa học và Công nghệ 3 Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Hàn lâm KH & CN Việt Nam 4 Viện Hóa sinh biển, Viện Hàn lâm KH & CN Việt Nam 5 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN * Email: tranthebach.botany@gmail.com
PHẦN 1. NGHIÊN CỨU CƠ BẢN TRONG SINH HỌC 275 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thu thập thông tin trình tự gen ITS, rbcL của các loài thuộc họ Trôm ở Việt Nam từ ngân hàng gen (https://www.ncbi.nlm.nih.gov): Abroma augusta (ITS: KR531730.1; rbcL: KR528700.1); Byttneria aspera (ITS: AY083655.1; rbcL: AY082352.1); Byttneria pilosa (rbcL: AB269890.1); Cola nitida (rbcL: AJ233124.1); Commersonia bartramia (rbcL: KX527074.1); Craigia yunnanensis (ITS: AF460199.1); Eriolaena candollei (ITS: MT625269.1); Firmiana colorata (ITS: KR532155.1; rbcL: KR529340.1); Firmiana simplex (ITS: MH808720.1; rbcL: AY082355.1); Guazuma ulmifolia (ITS: AY083658.1; rbcL: KF724295.1); Helicteres angustifolia (ITS: MH566969.1; rbcL: AY082356.1); Helicteres hirsuta (rbcL: AB925611.1); Helicteres isora (ITS: KX277729.1; rbcL: MF076997.1); Heritiera augustata (ITS: ; rbcL: AY082357.1); Heritiera littoralis (ITS: OK637728.1; rbcL: AY082358.1); Kleinhovia hospida (rbcL: FJ976142.1); Melochia corchorifolia (ITS: MH768328.1; rbcL: JQ933406.1); Melochia umbellata (rbcL: JF738583.1); Pentapetes phoenicea (ITS: JF939204.1); Pterospermum acerifolium (ITS: KC981072.1; rbcL: KJ440043.1); Pterospermum angustifolium (ITS: KC981072.1); Pterospermum diversifolium (ITS: MT081526.1); Pterospermum grewiaefolium (ITS: AF460202.1); Pterospermum heterophyllum (ITS: AF460202.1; rbcL: AY328175.1); Pterospermum lanceaefolium (ITS: KR532519.1; rbcL: KR529955.1); Reevesia gagnepainiana (ITS: KP406463.1); Reevesia thyrsoidea (ITS: AF233303.1; rbcL: AJ233137.1); Reevesia yersinii (ITS: AF460196.1); Sterculia coccinea (rbcL: KJ594892.1); Sterculia foetida (rbcL: X856765.1); Sterculia hymenocalyx (rbcL: AB925649.1); Sterculia lanceolata (ITS: AF460184.1; rbcL: AY082362.1); Sterculia nobilis (ITS: AF460183.1; rbcL: AY328187.1); Sterculia parviflora (rbcL: JQ626305.1); Sterculia rubiginosa (rbcL: KJ594897.1); Sterculia stigmarota (rbcL: AB925720.1); Theobroma cacao (ITS: JQ228377.1; rbcL: AF022125.1); Waltheria americana (ITS: MH768331.1; rbcL: MH767737.1); Bombax ceiba (outgroup) (ITS: KM453163.1; rbcL: AY328181.1). Gióng hàng trình tự gen bằng phần mềm Clustalx 2.0. Ứng dụng phần mềm MrBayes, PAUP 4.0 để xây dựng sơ đồ (cây) quan hệ gần gũi của các taxon thuộc họ Trôm ở Việt Nam. Ứng dụng phần mềm TreeView 1.6.6, Mega 5 để trình bày sơ đồ (cây) quan hệ. Xác định mối quan hệ gần gũi của từng chi với các chi khác thuộc họ Trôm ở Việt Nam. So sánh với công trình của Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Ứng dụng phần mềm MrBayes 3.1 và một số phần mềm khác, thông tin trình tự gen ITS nghiên cứu quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam
276 BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM Hình 1. Sơ đồ quan hệ gần gũi sử dụng thông tin trình tự gen ITS, sử dụng các phần mềm Clustalx 2.0, MrBayes 3.1, TreeView 1.6.6, Mega 5 3.2. Ứng dụng phần mềm MrBayes và một số phần mềm khác, thông tin trình tự gen rbcL nghiên cứu quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam Hình 2. Sơ đồ quan hệ gần gũi sử dụng thông tin trình tự gen rbcL, sử dụng các phần mềm Clustalx 2.0, MrBayes 3.1, TreeView 1.6.6, Mega 5
PHẦN 1. NGHIÊN CỨU CƠ BẢN TRONG SINH HỌC 277 3.3. Ứng dụng phần mềm PAUP 4.0 và một số phần mềm khác, thông tin trình tự gen ITS nghiên cứu quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam Hình 3. Sơ đồ quan hệ gần gũi sử dụng thông tin trình tự gen ITS, sử dụng các phần mềm Clustalx 2.0, PAUP 4.0, TreeView 1.6.6, Mega 5 Bảng 1. So sánh kết quả với công trình trong Thực vật chí Trung Quốc của Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007 Phân họ Mối quan hệ gần gũi căn cứ vào các sơ đồ (Theo Tang Y., (cây) Gilbert M. G, Nếu chi A gần gũi chi B và hai chi thuộc cùng Chi Dorr, một phân họ như trong công trình của Tang Y., Laurence J., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007 thì kết quả 2007 trong “chi A gần gũi chi B” phù hợp với Tang Y., Thực vật chí Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007. Trung Quốc về họ Trôm) Abroma (Phân bố Byttnerioideae - Abroma gần gũi với Theobroma (Hình 1, 3). chung ở Việt Nam Hai chi này thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với và Trung Quốc) Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Nghiên cứu bổ sung nhằm giải thích: Abroma (Byttnerioideae) gần gũi với Firmiana (Sterculioideae) (Hình 2).
278 BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM Byttneria (Phân bố Byttnerioideae - Byttneria gần gũi với Guazuma (Hình 2). Hai chung ở Việt Nam chi này thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với Tang và Trung Quốc) Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). - Nghiên cứu bổ sung nhằm giải thích: Byttneria (Byttnerioideae) gần gũi với Dombeyoideae (Pterospermum, Eriolaena, Pentapetes) (Hình 1). Commersonia Byttnerioideae Commersonia gần gũi với Melochia (Hình 2). (Phân bố chung ở Hai chi này thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với Việt Nam và Trung Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Quốc) Guazuma (Phân bố Byttnerioidea Guazuma gần gũi với Byttneria (Hình 2). Hai chi chung ở Việt Nam này thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với Tang Y., và Trung Quốc) Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Kleinhovia (Phân Byttnerioideae Kleinhovia gần gũi với nhóm (Guazuma, bố chung ở Việt Byttneria, Commersonia) (Hình 2). Các chi này Nam và Trung thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với Tang Y., Quốc) Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Melochia (Phân bố Byttnerioideae - Melochia gần gũi với Waltheria (Hình 1, 3). chung ở Việt Nam Hai chi này thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với và Trung Quốc) Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). - Melochia gần gũi với Commersonia (Hình 2). Hai chi này thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Theobroma (Phân Byttnerioideae - Theobroma gần gũi với Abroma (Hình 1, 3). bố chung ở Việt Hai chi này thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với Nam và Trung Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Quốc) Waltheria (Phân bố Byttnerioideae Waltheria gần gũi với Melochia (Hình 1, 3). Hai chung ở Việt Nam chi này thuộc Byttnerioideae (Phù hợp với Tang và Trung Quốc) Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Eriolaena (Phân bố Dombeyoideae Eriolaena gần gũi với Pentapetes (Hình 1, 3). chung ở Việt Nam Hai chi này thuộc Dombeyoideae (Phù hợp với và Trung Quốc) Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Pentapetes (Phân Dombeyoideae Pentapetes gần gũi với Eriolaena (Hình 1, 3). bố chung ở Việt Hai chi này thuộc Dombeyoideae (Phù hợp với Nam và Trung Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Quốc)
PHẦN 1. NGHIÊN CỨU CƠ BẢN TRONG SINH HỌC 279 Pterospermum Dombeyoideae Pterospermum gần gũi với nhóm (Eriolaena, (Phân bố chung ở Pentapetes) (Hình 1,3). Ba chi này thuộc Việt Nam và Trung Dombeyoideae (Phù hợp với Tang Y., Gilbert M. Quốc) G, Dorr, Laurence J., 2007). Helicteres (Phân bố Helicteroideae Helicteres gần gũi với Reevesia (Hình 1, 2, 3). chung ở Việt Nam Hai chi này thuộc Helicteroideae (Phù hợp với và Trung Quốc) Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Reevesia (Phân bố Helicteroideae Reevesia gần gũi với Helicteres (Hình 1, 2, 3). chung ở Việt Nam Hai chi này thuộc Helicteroideae (Phù hợp với và Trung Quốc) Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Firmiana (Phân bố Sterculioideae - Firmiana gần gũi với Sterculia (Hình 1, 3). Hai chung ở Việt Nam chi này thuộc Sterculioideae (Phù hợp với Tang và Trung Quốc) Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). - Nghiên cứu bổ sung nhằm giải thích: Firmiana (Sterculioideae) gần gũi với Abroma (Byttnerioideae) (Hình 2). Heritiera (Phân bố Sterculioideae - Heritiera gần gũi với Sterculia (Hình 2). Hai chung ở Việt Nam chi này thuộc Sterculioideae (Phù hợp với Tang và Trung Quốc) Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). - Nghiên cứu bổ sung nhằm giải thích: Heritiera (Sterculioideae) gần gũi với Byttnerioideae (Abroma và Theobroma) (Hình 1, 3). Sterculia (Phân bố Sterculioideae - Sterculia gần gũi với Firmiana (Hình 1, 3). Hai chung ở Việt Nam chi này thuộc Sterculioideae (Phù hợp với Tang và Trung Quốc) Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). - Sterculia gần gũi với Heritiera (Hình 2). Hai chi này thuộc Sterculioideae (Phù hợp với Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007). Nhận xét: Tất cả các chi trong nghiên cứu này đều phân bố chung ở Việt Nam và Trung Quốc, các mối quan hệ gần gũi trên hầu như phù hợp với hệ thống phân loại đã áp dụng thành công trong Thực vật chí Trung Quốc, do vậy có thể áp dụng hệ thống phân loại này áp dụng trong nghiên cứu phân loại họ Trôm ở Việt Nam. 4. KẾT LUẬN Trên cơ sở ứng dụng các phần mềm Clustalx 2.0, MrBayes 3.1, Paup 4.0, TreeView, Mega5 và thông tin trình tự gen ITS, rbcL, chúng tôi đã xây dựng được sơ đồ mối quan hệ
280 BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam. Các sơ đồ đã chỉ ra giả thiết về mối quan hệ gần gũi của các chi thuộc họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam. Các kết quả trên hầu như phù hợp với hệ thống phân loại được áp dụng trong Thực vật chí Trung Quốc về họ Trôm của Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J. (2007). Đây là cơ sở để lựa chọn hệ thống phân loại thích hợp cho việc sắp xếp các chi của họ Trôm ở Việt Nam. Kiến nghị: Nghiên cứu bổ sung mối quan hệ gần gũi của các chi Cola, Craigia, Leptonychia, Pterocymbium, Scaphium, Tarrietia với các chi khác của họ Trôm (Sterculiaceae) ở Việt Nam. Nghiên cứu bổ sung nhằm giải thích một số kết quả: Abroma gần gũi với Firmiana (Hình 2); Byttneria gần gũi với nhóm (Pterospermum, Eriolaena, Pentapetes) (hình 1); Heritiera gần gũi với Abroma và Theobroma (Hình 1, 3). Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Hoạt động nghiên cứu khoa học cho các nghiên cứu viên cao cấp năm 2022, mã số NVCC09.10/22-22. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Tiến Bân, 1997. Cẩm nang tra cứu và nhận biết các họ thực vật hạt kín (Magnoliophyta, Angiospermae) ở Việt Nam. Nxb. Nông nghiệp. Nguyễn Tiến Bân (Chủ biên) và cộng sự, 2003. Danh lục các loài thực vật Việt Nam, tập 2. Nxb Nông nghiệp. Larkin, M.A. & al. 2007. Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics 23:2947- 2948. Page, R. D. M., 1996. TREEVIEW: An application to display phylogenetic trees on personal computers. Computer Applications in the Biosciences 12: 357-358. Ronquist F., John P. H., Paul M., 2005. Bayesian phylogenetic inference under mixed models. Bioinformatic 19: 1572-1574. Swofford, D. L., 1998. PAUP*, Phylogenetic Analysis Using Parsimony (and Other Methods) Version 4. Sinauer. Associates, Sunderland, Massachusetts. (PAUP* version 4.0 b10 computer program). Tamura K., Peterson D., Peterson N., Stecher G., Nei M., Kumar S., 2011. MEGA5: Molecular Evolutionary Genetics Analysis using Maximum Likelihood, Evolutionary Distance, and Maximum Parsimony Methods, Molecular Biology and Evolution. Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J., 2007. Flora of China, volume 12, pp. 302-330, Science Press, Beijing/Missouri Botanical Garden Press. https://www.ncbi.nlm.nih.gov, 15/6/222.
PHẦN 1. NGHIÊN CỨU CƠ BẢN TRONG SINH HỌC 281 STUDY ON CLOSE RELATIONSHIP OF GENERA OF STERCULIACEAE IN VIETNAM BASED ON APPLICATION OF INFORMATIC SOFTWARES AND GENE SEQUENCE INFORMATION Kieu Cam Nhung1,2, Le Ngoc Han3, Vu Thi Hue4, Do Thi Xuyen5, Tran The Bach3,* Abstract. Based on the application of Clustalx 2.0, MrBayes 3.1, Paup 4.0, TreeView 1.6.6, Mega 5 softwares and ITS, rbcL gene sequence information of GenBank ((https://www.ncbi.nlm.nih.gov), we have built a diagram of the close relationship of the genera of the family Trom (Sterculiaceae) in Vietnam. The diagrams have shown the hypothesis of a close relationship as follows: Abroma is close to Theobroma; Byttneria is close to Guazuma; Commersonia is close to Melochia, Kleinhovia; Eriolaena is close to Pentapetes; Firmiana is close to Sterculia; Guazuma is close to Byttneria; Helicteres is close to Reevesia; Heritiera is close to Sterculia; Kleinhovia is close to Guazuma, Byttneria, Commersonia; Melochia is close to Waltheria, Commersonia; Pentapetes is close to Eriolaena; Pterospermum is close to Eriolaena and Pentapetes; Reevesia is close to Helicteres; Sterculia is close to Firmiana and Heritiera; Theobroma is close to Abroma; Waltheria is close to Melochia. The above results are almost consistent with the classification system applied in the work of Tang Y., Gilbert M. G, Dorr, Laurence J. (2007). Keywords: MrBayes, Paup, ITS, rbcL, Sterculiaceae, Vietnam, China. 1 Graduate University of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology 2 Ministry of Science and Technology 3 Institue of Ecology and Biological Resources, Vietnam Academy of Science and Technology 4 Institue of Marine BioChemistry, Vietnam Academy of Science and Technology 5 University of Science, Vietnam National University, Hanoi * Emai: tranthebach.botany@gmail.com