台灣高山植物基因庫遺傳多樣性研究及保育

1. 「台灣高山植物基因庫遺傳多樣性研究及保育--柳葉菜屬」： 初步結果篩選到至少六種單基因型的部份序列，約140 bps，經neighbor joining法建構的系統樹可以歸群為四的主要的支系，推測為四個不同的基因家族或型。而由不同種的sHSP可分布於相同的支系中，推測這些基因的分歧在種化早期，與適應無關。第二次篩選所得序列經比對為葉綠體型小分子熱休克蛋白，但基因序列缺乏變異，原因可能是該蛋白有其特殊結構，或是該蛋白基因受到嚴重之選汰壓力。 2. 「台灣高山植物基因庫遺傳多樣性研究及保育--翻白草屬」： 本計畫擬藉由仔細分析各類小分子量熱休克蛋白基因家族之親源關係，研究中央山脈高海拔之翻白草植物的遺傳多樣性。目前我們已從森氏翻白草及雪山翻白草選殖出兩條小分子量熱休克蛋白基因，其他的翻白草物種小分子量熱休克蛋白基因的選殖正在進行中。 3. 「台灣高山植物基因庫遺傳多樣性研究及保育--蠅子草屬」： 臺灣的蠅子草屬植物分布於海拔3000公尺以上高山地區有玉山蠅子草，禿玉山蠅子草和蓬萊蠅子草等三類群，均為臺灣特有種，長期生育於高山乾旱低溫的逆境中，推測可能有特殊之抗寒機制。本研究藉由分析各類小分子熱休克蛋白基因家族之親緣關係，研究高海拔之蠅子草植物的遺傳多樣性。目前結果得到至少6個單基因型片段，長度僅150 bps。將高山蠅子草植物之sHSP基因序列以Neighbor -Joining 方法進行各序列之歸群，得到一無根(unrooting)的親緣樹，其親緣樹分為兩大支系，每一支系均包含三個類群，顯示兩群基因型的演化早於此三類群的分化。 4. 「台灣高山植物基因庫遺傳多樣性研究及保育--高山杜鵑屬」： 已獲得十六種杜鵑葉綠體型低分子量熱休克蛋白基因。葉綠體型低分子量熱休克蛋白基因ACD區域屬於台灣杜鵑之特殊突變之胺基酸為lysine轉變為arginine及glycine轉變為serine。屬於台灣杜鵑、森氏杜鵑、紅星杜鵑及玉山杜鵑特殊胺基酸突變為methionine轉變為leucine及由valine轉變為isoleucine。lysine轉變為arginine與低分子量熱休克蛋白之動態變化以維持molecular chaperone活性有關。methionine轉變為leucine及由valine轉變為isoleucine則是由較低之疏水性胺基酸轉變為較高疏水性胺基酸而與提昇與受質鍵結之能力有關。此三個胺基酸之突變經檢測亦發現之正向天擇所造成。 5. 「台灣高山植物基因庫遺傳多樣性研究及保育--筷子芥屬」： 本計畫之第一年目標在研究葉綠體表現之小分子熱休克蛋白基因之遺傳多樣性，以CP sHSP完整基因片段序列建構親緣演化樹狀圖，可以看到筷子芥屬植物CP sHSP的分化，A.stellaris與其他筷子芥屬物種的親緣關係較遠，此現象恰好符合兩者的棲地差異，A.stellaris主要的生長地則是位於平地，其他物種則是生長於高山，此結果顯示出CP sHSP的分化可能是適應的結果。 6. 「台灣高山植物基因庫遺傳多樣性研究及保育--黃苑屬」： 本計畫針對黃苑屬植物基因組中的小分子量熱休克蛋白基因家族進行研究，實驗已完成台灣黃菀屬植物之野外取樣。在熱休克基因選殖實驗，設計廣用型引子與Universal genome walk kit進行實驗，在黃菀屬七個物種中共獲得14條葉綠體內小分子量熱休克蛋白基因的全長序列。利用sHSP核甘酸序列和氨基酸序列所建構的親緣樹狀圖，主要可分成三群，Clade I包含關山千里光、歐洲黃菀、台東黃菀、裂葉蔓黃菀，Clade II包含裂葉蔓黃菀、蔓黃菀和歐洲黃菀，Clade III包含小蔓黃菀、蔓黃菀、玉山黃菀。Clade I和Clade II在 DNA序列119~129 bp之間發現有deletion，而Clade III序列上則無deletion的現象。 7. 「台灣高山植物基因庫遺傳多樣性研究及保育--貓兒眼睛草屬」： 已從野外採集到三種貓兒眼睛草屬植物，並且成功地萃取其genomic DNA。同時，亦針對小分子量熱休克蛋白基因序列設計各種引子，利用PCR的方式進行此基因的增幅。目前已獲得貓兒眼睛草的小分子量熱休克蛋白基因細胞質第一型部分片段，但尚未獲得貓兒眼睛草的小分子量熱休克蛋白基因葉綠體型序列，推測可能是貓兒眼睛草葉綠體型小分子量熱休克蛋白基因序列變異過大所致。