Tiểu luận về phân loại thực vật

Trong bài tiểu luận này, chúng tôi sẽ thảo luận về Phân loại thực vật. Sau khi đọc bài tiểu luận này, bạn sẽ tìm hiểu về: 1. Giới thiệu về phân loại thực vật 2. Các hợp chất hữu ích trong phân loại thực vật 3. Các ngữ nghĩa của quan trọng phân loại.

Nội dung:

  1. Tiểu luận về giới thiệu về phân loại thực vật
  2. Tiểu luận về các hợp chất hữu ích trong phân loại thực vật
  3. Tiểu luận về ngữ nghĩa của tầm quan trọng phân loại

Tiểu luận # 1. Giới thiệu về phân loại thực vật:

Lịch sử hóa học khá dài trong đó kết hợp vô số các nghiên cứu hóa học liên quan đến thực vật để giải thích các cơ chế sinh hóa, chức năng sinh lý và nguyên lý dược liệu. Khả năng tích hợp hóa học với phân loại thực vật vẫn chưa được khám phá trong một thời gian dài.

Những lời tiên tri đầu tiên đến từ Helen Abbot vào đầu năm 1886 rằng 'có rất ít nghiên cứu về các nguyên tắc hóa học của thực vật từ quan điểm thực vật thuần túy về các biểu hiện bên ngoài của một loạt các phản ứng sinh hóa bên trong'.

Công trình của Abbot (1886) về phân phối saponin trong thực vật và khẳng định chung về giá trị của dữ liệu hóa học trong diễn giải tiến hóa chắc chắn là một trong những nỗ lực tiên phong và đáng nhớ nhất theo hướng này. Mặc dù vậy, hóa học vẫn phải chờ đến giữa những năm 1950 để được công nhận trong lĩnh vực phân loại thực vật khi Hegnauer (1954, 1958) đưa ra thuật ngữ 'hóa trị liệu'.

Phát hành đồng thời ba cuốn sách 'Chemotaxonomie der Pflanzen' (Hegnauer, 1962-86), 'Hệ thống hóa sinh' (Alston và Turner, 1963) và 'Phân loại thực vật hóa học' (Swain, 1963) và các ấn phẩm tiếp theo của 'So sánh hóa học (Swain, 1963) 1966) và 'Phytochemical Phylogeny , (Hartern, 1970) đã đóng góp rất lớn cho hóa học và chứng minh tính hiệu quả của các đặc tính hóa học trong việc giải quyết các vấn đề phân loại, cải thiện phân loại truyền thống và giải thích về phylogeny.

Thông tin hóa học là cơ bản và sự hiện diện hoặc vắng mặt của một hợp chất hóa học là một hậu sinh và do đó quan trọng hơn những thông tin tiên nghiệm vì các đặc điểm hình thái được bắt đầu ở cấp độ gen.

Các hợp chất hóa học, mà các nhà phân loại truyền thống thường thờ ơ, xứng đáng với vị thế đặc biệt, nếu không nói là cao hơn, ít nhất là gần với các đặc điểm hình thái. Tuyên bố này không nhất thiết có nghĩa là hệ thống phân loại "mục đích đặc biệt" có thể được mong đợi từ các hợp chất hóa học nhưng nó đảm bảo tích cực cho sự ứng biến của các hệ thống phân loại truyền thống.

Trong thực tế hóa học, cũng quen thuộc như hóa học, hệ thống hóa sinh, hóa sinh phân loại, v.v., đã trở thành một phần không thể thiếu của phân loại học hoặc thực vật học có hệ thống (Bate-Smith, 1962; Bisby et al. 1980; Gibbs, 1974; Hawkes, 1968; 1984; Hartern and Turner, 1984; Heywood và Moore, 1984; Jensen và Fairbrother, 1983; Turner, 1969; Young và Seigler, 1981 và nhiều người khác).

Công trình đánh giá xuất sắc của Giannasi và Crawford (1986) đã góp phần to lớn vào việc hình dung về tình trạng đương đại của chủ đề và thúc đẩy sự phát triển hơn nữa của nó. Hành trình hóa học bắt đầu từ các sản phẩm của quá trình trao đổi chất đã tiến triển theo thời gian hướng tới thông tin chứa các phân tử.

Nó đã nghiên cứu các khía cạnh khác nhau của "tương tác môi trường hệ thống di truyền" cũng như các mối quan hệ thực vật để giải quyết sự tiến hóa vi mô.

Tiểu luận # 2. Hợp chất hữu ích trong phân loại thực vật:

Mặc dù về mặt lý thuyết, tất cả các thành phần hóa học đều có tiềm năng có giá trị đối với các nhà phân loại, nhưng trên thực tế chỉ có các chất hữu cơ bảo thủ tìm thấy ứng dụng trong phân loại học. Các hợp chất như vậy được đặt dưới ba loại rộng, viz. chất chuyển hóa chính, chất chuyển hóa thứ cấp và semantide.

(i) Các chất chuyển hóa chính:

Các chất chuyển hóa chính là sản phẩm của các quá trình trao đổi chất quan trọng hoặc liên quan đến sự sống và do đó không thể thiếu và phổ biến. Do thiếu sự thay đổi trong các chất này ngay cả đối với các loài taxi ở xa, các chất chuyển hóa chính không có giá trị hệ thống. Chỉ trong một số trường hợp nhất định, số lượng vượt quá của một số chất chuyển hóa chính đặc trưng, ​​cung cấp một cơ sở cho danh pháp.

Số lượng dư thừa axit aconitic, axit citric và axit oxalic đã mang lại tên khoa học của các chi Aconitum, Citrus và Oxalis tương ứng. Tương tự như vậy trong Sedum, đường 7-carbon sedoheptulose có mặt với số lượng cao hơn lượng tham gia vào quá trình trao đổi chất thiết yếu.

(ii) Các chất chuyển hóa thứ cấp:

Các chất chuyển hóa thứ cấp là các chất được sản xuất chủ yếu là kết quả của các quá trình không quan trọng hoặc của các quá trình quan trọng không phổ biến trong một số trường hợp nhất định. Do sự xuất hiện hạn chế đặc trưng của chúng trong thực vật, các hợp chất này có giá trị lớn trong phân loại thực vật. Các hợp chất quan trọng nhất được sử dụng trong phân loại học bao gồm phenolics, terpenoids, tannin, glucosinolates, alkaloids, dầu, sáp, v.v ... Giá trị của các chất này trong phân loại học được đánh giá bởi sự phân bố của chúng trong mối tương quan với các nhân vật khác.

(iii) Semantides:

Các semantide là các phân tử mang thông tin và có thể được phân loại thành các loại chính (DNA), thứ cấp- (RNA) và đại học- (protein) theo thứ tự chuyển mã tuần tự. Trình tự các nucleotide trong hai loại đầu tiên và trình tự các axit amin trong trường hợp protein chứa tất cả các thông tin liên quan đến các dạng và chức năng đặc trưng của tất cả các loại thực vật.

Các semantide cung cấp một sự thay thế tốt hơn nhiều cho việc sử dụng các chất chuyển hóa thứ cấp và các đặc điểm tế bào học, giải phẫu, phôi học, vv trong phân loại thực vật vì tất cả các tính năng này chỉ là biểu hiện của trước đây. Phân loại protein chủ yếu liên quan đến giải trình tự axit amin và huyết thanh học.

Giải thích phân tử:

Các chất hóa học được sử dụng trong phân loại học thường được hiểu theo nghĩa phân tử vi mô và vĩ mô. Các chất chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp được coi là các phân tử siêu nhỏ vì có trọng lượng phân tử nhỏ hơn 1 kDa và các semantide cùng với các polysacarit lớn hơn được gọi là các đại phân tử vì có khối lượng phân tử trên 1 kDa.

Tiểu luận # 3. Semantides của quan trọng phân loại:

a. Protein :

Protein là các phân tử của một hoặc một số ít chuỗi polypeptide, mỗi chuỗi là một polymer của các axit amin được liên kết thông qua các nhóm amino và carboxyl của chúng bằng liên kết peptide. Các chuỗi bên axit amin có thể có điện tích dương hoặc âm, chuỗi aliphatic ngắn hoặc dư lượng thơm.

Vì 20 axit amin có thể được liên kết trong gần như tất cả các trình tự có thể, sự đa dạng tiềm năng của cấu trúc và chức năng là rất lớn. Vì các semantide thứ ba này đóng vai trò là các phân tử mang thông tin, ngôn ngữ giao tiếp của chúng được viết theo chuỗi trong chuỗi axit amin của chúng. Theo quan điểm của các protein này đã tỏ ra cực kỳ hữu ích trong phân loại thực vật.

Hơn nữa, phylogeny protein được dự đoán là bảo thủ hơn và là một chỉ số tiến hóa rất đáng tin cậy. Điện di của protein lưu trữ hạt giống, protein so sánh và giải trình tự allozyme và huyết thanh học có hệ thống là những lĩnh vực chính tích hợp protein với phân loại học.

Sự phân tách điện di của các protein được lưu trữ trong hạt dọc theo một gradient điện dựa trên sự phân cực của các axit amin cấu thành của chúng tạo ra một loạt các dải. Những mô hình điện di của protein thu được từ các phân loại khác nhau có thể được so sánh cho các mối quan hệ xác định.

Ngoài ra, dữ liệu rất có thể được tổng hợp với các trạng thái ký tự thu được từ các nguồn dữ liệu khác để ước tính các mối quan hệ.

Công trình của Crawford và Julian (1976) về hồ sơ protein hạt trong các loài Chenopodium lá hẹp xuất hiện ở Tây Hoa Kỳ xứng đáng được đề cập vì đã đưa ra ánh sáng giá trị phân loại của nó và so sánh với phân phối các hợp chất flavonoid trong các loài liên quan.

Nghiên cứu điện di được thực hiện bởi Mc Leod et al. (1979) đã phân biệt loài Capsicum (Solanaceae).

Vì các protein lưu trữ là kết quả của sự thừa kế phụ gia từ tổ tiên giả định, các nghiên cứu liên quan đến chúng có khả năng giải thích chính xác các trường hợp lai tạo phức tạp có thể xảy ra trong tự nhiên trong quá trình tiến hóa. Levin và Schal (1970) đã có thể tiết lộ thông qua điện di protein một mô hình tiến hóa lại trong chi Phlox.

Trình tự axit amin của các protein cụ thể từ các đơn vị phân loại khác nhau có thể mang lại dữ liệu phân loại có giá trị. Cytochrom C đã được giải trình tự cho một số động vật và những phát hiện được sử dụng để xây dựng các dendrogram về mối quan hệ tiến hóa có thể so sánh với các dữ liệu dựa trên dữ liệu hình thái học (Wilson et al., 1977, Babaetal., 1981).

Hơn nữa, bất kỳ thay đổi nào trong chuỗi axit amin của cùng một loại protein hoặc enzyme được thu thập từ hai quần thể khác nhau của cùng một loài xảy ra ở hai điều kiện sinh thái khác nhau có khả năng cung cấp thông tin đáng tin cậy về sự tiến hóa vi mô ở mức độ đặc biệt.

Các allozyme [cùng loại enzyme thu thập từ hai nguồn thực vật khác nhau (quần thể / loài) khác nhau về trình tự axit amin nhưng thực hiện cùng chức năng] đã gợi lên nhiều mối quan tâm phân loại vì chúng cung cấp manh mối cho mối quan hệ di truyền của sinh vật (Soltis, 1982) kể từ khi có bất kỳ thay đổi nào trong chuỗi axit amin trong enzyme là sự phản ánh sự thay đổi trình tự các bazơ trong DNA.

Do đó, so sánh allozyme cung cấp một thước đo khách quan (định lượng) về khoảng cách di truyền giữa các quần thể, giống và loài đang nghiên cứu (Nei, 1972) và một phương tiện để tương quan đa dạng di truyền và liên kết môi trường (Nevo et al., 1982).

So sánh phân loại các chuỗi axit amin của ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase và các mẫu biến đổi có liên quan đầy đủ đến nghiên cứu về phylogeny (Martin và Jennings, 1983).

Trong số các protein khác nhau, trình tự so sánh của Cytochrom C, plastocyanin, ferredoxin và ribulosebisphosphate carboxylase, v.v ... rất đáng tin cậy trong các nghiên cứu phân loại như có thể được chứng minh từ công trình của Boulter (1972, 1974, 1980); Boulter và cộng sự, (1979); Martin và Stone, (1983); Martin và Dowd, (1986); Martin và cộng sự, (1985).

b. Axit nucleic:

Đây là một thuật ngữ chung cho tất cả các polyme tự nhiên như vậy trong đó các bazơ nitơ (purin hoặc pyrimidine) được gắn vào một đường trục phốt phát đường. Điều này có thể là một hoặc hai sợi. Các axit nucleic (DNA và RNA) tạo thành semantide chính và phụ (phân tử mang thông tin).

Các hợp chất này, đặc biệt là DNA, có tiềm năng lớn đối với hệ thống thực vật và có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc đáng kể về mối liên quan giữa các loài thực vật (Bendich và Boulton, 1967; Bendich và Anderson, 1983). Các axit nucleic đã nhận được sự ưu tiên cho các phân tử khác trong các nghiên cứu phân loại vì tính ổn định và dễ dàng thực hiện các chế phẩm của chúng.

DNA có thể được chuẩn bị từ một lượng nhỏ mô lá và ngay cả khi nó được lấy từ một loài có nguy cơ tuyệt chủng, hậu quả bất lợi là rất nhỏ.

Thông tin nhận được từ Doyle và Dickson (1987) rằng DNA chất lượng tốt có thể được chiết xuất từ ​​các mẫu vật khô đã được khuyến khích rất nhiều cho các nhà phân loại phân tử. Hơn nữa, các phân tích DNA có thể truy cập vào một nhóm các nhân vật di truyền gần như không giới hạn. Bộ gen thực vật có kích thước từ 8, 8 x 10 6 đến hơn 300 x 10 9 bp.

Liên doanh theo hướng này bắt đầu với lai DNA-DNA, đây là phương pháp trực tiếp đánh giá sự giống nhau giữa các phân loại ở cấp độ phân tử của chính vật liệu di truyền. Sự giống nhau được đánh giá bằng cách xác định tỷ lệ phần trăm tái phân tích DNA (chuỗi đơn) của một loài với DNA (cũng là chuỗi đơn) của một loài khác.

Phân đoạn tái hấp thu nhanh bao gồm DNA ngắn, có tính lặp lại cao thường được cho là có liên quan đến quy định gen (Rose và Doolittle, 1983) trong khi phân đoạn tái hấp thu chậm đại diện cho các gen cấu trúc.

Mặc dù phương pháp này là một sàng lọc đối với các phân tích về tương đồng nhiễm sắc thể, những khó khăn kỹ thuật làm giảm sự tham gia của các nhà phân loại. Đặc biệt khó hiểu là kết quả khi các chuỗi DNA được nối lại với những người cùng loài. Đây có thể là thực tế cản trở nỗ lực làm phong phú các hệ thống phân loại hiện có và đánh giá mối quan hệ giữa các nhóm dựa trên lai tạo axit nucleic.

Trong số các chương trình lai tạo DNA-RNA, những nỗ lực nhất định đã thiết lập những viên đá rất quan trọng trong sự phát triển của hóa học. Chang và Mabry (1973) đã xác định mối quan hệ của các gia đình của Centrospermae.

Trong khi chuẩn bị dữ liệu lai tạo DNA-RNA cho các họ Centrospermous, Mabry (1976) đã kết luận rằng Caryophyliaceae (họ chứa anthocyanin) khá gần với các họ Caryophyllales chứa betalin nhưng không gần với các họ Nucleotide khác. phổ biến trong một thời gian trong đánh giá phân loại.

Kossel và cộng sự, (1983) đã nghiên cứu gen rRNA của một số vi khuẩn và lục lạp từ các loại thực vật khác nhau, từ tảo đơn bào đến thực vật hạt kín và đã chỉ ra rằng các kết luận phát sinh gen có giá trị có thể được đưa ra từ so sánh như vậy.

Các vấn đề kỹ thuật với lai DNA-RNA và DNA-DNA và tiến bộ trong kỹ thuật kỹ thuật di truyền đã thúc đẩy mối quan tâm phân loại theo hướng hạn chế phân mảnh endonuclease của DNA hạt nhân và lục lạp (DNA DNA) và DNA ty thể (DNA DNA).

Các nghiên cứu về DNA ty thể đã rất thành công ở động vật và rất hiếm khi ở thực vật. DNA ty thể thực vật được nghiên cứu khá kém so với các đối tác của chúng ở động vật (Palmer et al., 2000). Bộ gen của ty thể thực vật không ổn định và tái tổ hợp giữa các phân tử và nội phân tử xảy ra thường xuyên. Do đó, trình tự gen của DNA ti thể sắp xếp lại thường xuyên.

DNA lục lạp được sử dụng thành công hơn như một công cụ phân loại trong trường hợp thực vật chủ yếu là thành phần tương đối phong phú của tổng DNA thực vật để tạo điều kiện cho quá trình trích xuất và phân tích.

DNA lục lạp là một phân tử hình tròn có kích thước từ 120-21 7 kb và trong phần lớn các thực vật hạt kín, kích thước nằm trong phạm vi 135-160 kb. Có khoảng 100 gen chức năng trong bộ gen lục lạp và trong hầu hết các trường hợp, có hai vùng trùng lặp theo hướng ngược lại hoặc lặp lại đảo ngược (IR) có kích thước từ 10 đến 76 kb.

DNA cp tròn có thể dễ dàng tách khỏi lục lạp của nó và phân mảnh ở nhiều điểm bằng cách sử dụng các enzyme cắt giới hạn khác nhau dành riêng cho các chuỗi ngắn (thường là sáu) của các cặp bazơ. Những mảnh vỡ này có thể được phân tách bằng điện di gel và bản đồ trình tự và Kích thước của chúng có thể được chuẩn bị.

Việc biên dịch cuối cùng được thực hiện theo trình tự và bản đồ tròn được phát triển cho một đơn vị phân loại. Sau đó, chúng được so sánh bằng kỹ thuật cladistic đồng hình để bàn giao một bản sao của dữ liệu phân đoạn.

Bộ gen của lục lạp không bị xóa, chèn, chuyển vị và đảo ngược và do đó tương đối được bảo tồn. Hầu hết các gen của bộ gen này bảo tồn thông tin phân tử rộng rãi về đơn vị phân loại liên quan. Đối với bản chất bảo thủ này, một nghiên cứu so sánh với dữ liệu từ các đơn vị phân loại khác nhau có thể cung cấp các quyết định phát sinh gen ở các mức phân cấp phân loại tương đối cao hơn.

DNA lục lạp thường được di truyền từ mẹ trong thực vật hạt kín và di truyền từ mẹ trong trường hợp thực vật hạt trần. Do đó, các chuỗi DNA DNA như vậy cùng với dữ liệu hạt nhân có thể xác định được các loài bố mẹ trong trường hợp các giống lai hoặc các loài allopolyploid (Ackerfield và Wen, 2003).

Gen rbcL trong đó mã hóa ribulose-1, 5- bisphosphate carboxylase đã được giải trình tự rộng rãi cho thực vật và đã tỏ ra hữu ích ở mức phân loại cao hơn. Nó đã đóng góp rất lớn cho sự hiểu biết của chúng ta về thực vật hạt kín một mình hoặc kết hợp với các dấu hiệu khác (Martin và Stone, 1983; Martin và Jennings, 1983; Martin et al., 1985; Xiang et al., 1998; Ingrouille et al., 2002 ).

Gen ndhF mã hóa tiểu đơn vị F của NADP dehydrogenase, một thành phần của chuỗi hô hấp, cũng đã được sử dụng ở cấp độ gia đình, chi và loài (Wen et al., 2003).

Các gen lục lạp khác được sử dụng cho mục đích phân loại bao gồm các gen cho các tiểu đơn vị RNA và RNA của RNA polymerase II (rpoA và rpoC2, trong vùng sao chép đơn lớn) và một gen trưởng thành trong intron tách vùng mã hóa của trnK (matK, đã biết trước đó như ORF, đối với khung đọc mở K), AtpB, gen mã hóa cho un tiểu đơn vị ATP synthetase, v.v.

Phân loại thực vật phân tử cũng đã được nhấn mạnh rất nhiều RNA ribosome mã hóa gen hạt nhân (rRNA), thường được gọi là rDNA. Điều này được sắp xếp lặp lại song song trong một hoặc một vài locus nhiễm sắc thể.

Mỗi lần lặp lại có một vùng được phiên mã bao gồm một bộ đệm được phiên mã bên ngoài (ETS) theo sau bởi trình tự 18S, một bộ đệm được phiên mã nội bộ (ITS-1), gen 5, 8S, một bộ đệm được phiên mã nội bộ thứ hai (ITS-2) và cuối cùng Gen 26S. Mỗi lần lặp lại được tách ra khỏi các điểm lân cận của nó bằng một miếng đệm xen kẽ (IGS).

Ở sinh vật nhân chuẩn, ribosome bao gồm hai tiểu đơn vị - một tiểu đơn vị lớn (LSU) và một đơn vị nhỏ (SSU) có kích thước bằng một nửa LSU. Gen 18S mã hóa SSU và 26S và 5, 8S mã hóa LSU. Các gen hạt nhân mã hóa rRNA được lặp lại hàng ngàn lần trong bộ gen thực vật điển hình và có thể chiếm không dưới 10% tổng số DNA thực vật.

Vùng 18S là một điểm đánh dấu phát triển chậm và phù hợp để hiểu về phát sinh loài ở cấp độ phân loại cao hơn (Soltis etal., 1997) và cho phylogeny thực vật trên đất liền (Soltis et al., 1999a, 1999b).

Vùng ITS ribosome hạt nhân bao gồm gen 5, 8S đã được sử dụng rộng rãi nhất trong phân tử ở cấp độ liên loài và liên loài trong thực vật (Starr et al., 2004). Biến thể trình tự ITS phù hợp hơn với việc lấy mẫu và so sánh trong và giữa các loài có liên quan chặt chẽ với nhau (Martins và Hellwig, 2005).

Ý nghĩa phát sinh của chuỗi 26S dài khoảng 3, 4 KB với 12 phân đoạn mở rộng (ES), chưa được khám phá rộng rãi. Cho đến nay, một phần 26 trình tự đã được sử dụng giữa các gia đình có liên quan chặt chẽ và trong một gia đình để đánh giá vị trí và mối quan hệ phát sinh gen.

Trong khi đó, các nỗ lực phối hợp và phối hợp của một nhóm các nhà phân loại học đã bắt đầu mang lại các hệ thống phân loại thực vật hiện đại chủ yếu dựa trên dữ liệu phân tử được mua từ bộ gen hạt nhân và lục lạp (ví dụ APG System-Ill, 2009).

Các hệ thống này sẽ phát triển hơn nữa để đạt được sự đánh giá cao và chấp nhận vì các kỹ thuật phân tử cung cấp các công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu mối quan hệ tự nhiên giữa các loài và quan điểm tiến hóa của chúng. Hơn nữa, sự ngẫu hứng đang diễn ra của các kỹ thuật đã và đang bổ sung nhiều vào uy tín của họ.