假基因的组成、分布及其分子进化

假基因（pseudogene）是指基因组中与正常基因序列相似,但是缺乏功能的DNA序列.通过序列同源性搜索,可以收集基因组中假基因的群体特性、染色体分布和同源家族等特性.假基因很好地保留了数百万年前基因组中祖先基因的分子记录,被视为＂基因化石＂,因此假基因在进化和比较基因组学中是重要的资源.应用假基因和基因比较体系,可以探究生物基因的进化史和基因组稳定性.如：用Ka/Ks比值确定假基因的自然选择压、物种亲缘关系和进化距离,分析假基因自身的进化趋势,探讨DNA突变的成因等.     

节肢动物中酚氧化酶家族的组成与进化

节肢动物分布广泛,物种数量繁多,有较高衍生价值,因此近年来对节肢动物的研究越来越深入。已有研究者对节肢动物线粒体和核糖体的基因序列进行研究,而近年发现,与DNA序列相比,蛋白质序列的进化式样更为简单,用于探讨系统发育的效果更好。酚氧化酶(phenoloxidase)作为先天免疫的重要成员,有作为研究节肢动物进化的分子标记的可能。本研究对节肢动物酚氧化酶家族的组成进行分析,并构建基于该家族蛋白序列的系统进化树,试图阐明酚氧化酶家族在节肢动物中的进化关系,并为节肢动物的进化研究提供更多理论依据。     

正痘病毒属成员血凝素分子的结构及分子进化途径的分析

利用DNA聚合酶链式反应(PCR)及其它分子生物学技术克隆了23株包括所有正痘病毒属成员在内的病毒血凝素(HA)基因.核苷酸序列分析及结构与功能的研究发现HA分子具有与细胞粘着分子超家族成员(CAM)相似的结构,其生物学功能主要与结构中的IgG结构域和广泛的O型糖基化结构有关.另外,以HA分子基因的核苷酸和其氨基酸序列为比较指标,首次在基因水平对正痘病毒的起源和进化途径以及病毒间的抗原相关性等进行了分析.基因的分子进化树和蛋白质系统分类树的演段揭示了病毒在宿主选择压力作用下的自然进化途径及相互间的亲缘关系,为进一步阐明正痘病毒的进化过程和控制与预防该类病毒性疾病的流行提供了有价值的依据.     

分子生物学手段在植物系统与进化研究中的应用

在植物系统与进化研究中,为了揭示真实本质,必须从分子水平进行研究。植物分子系统学的研究包括两大方面,一是蛋白质与酶,二是核酸。酶电泳是分子水平上研究植物分子遗传学最经济有效的方法,可以有效地揭示自然居群中遗传结构、基因流动、变化系统、选择作用和系统发育等问题。植物核酸系统学的研究倍受青睐,因为核酸分子是最基本的进化单元,几乎不受主观因素影响。相关的核酸分析技术主要有：DNA杂交、DNA限制酶谱分析、RFLP分析、DNA指纹图技术、RAPD分析和核酸序列分析。在植物系统学和进化研究中,结合各方面的生物学证据,才能显示植物分子系统学的独特优势。     

浅谈微生物基因组的进化研究

近十几年来,随着大规模DNA测序技术的飞速发展,今天拥有了包括我们人类自己在内的近千种不同细胞生物的全基因组参考序列,而如何比较分析这么多的基因组数据是生物学家面临的一大挑战.结合我们研究组的一些工作,重点介绍进化生物学家是如何利用这些丰富的基因组数据--特别是原核生物的基因组序列--通过挑选不同的分子标记,计算分析并重建这些系统发育关系,以期帮助人们更好地理解地球生命的起源与进化.生命系统对地球环境变化的作用,以及微生物与人类健康的关系等一系列科学问题.     

假基因的组成、分布及其分子进化

假基因(pseudogene)是指基因组中与正常基因序列相似, 但是缺乏功能的DNA 序列。通过序列同源性搜索, 可以收集基因组中假基因的群体特性、染色体分布和同源家族等特性。假基因很好地保留了数百万年前基因组中祖先基因的分子记录, 被视为“基因化石”, 因此假基因在进化和比较基因组学中是重要的资源。应用假基因和基因比较体系, 可以探究生物基因的进化史和基因组稳定性。如: 用Ka/Ks比值确定假基因的自然选择压、物种亲缘关系和进化距离, 分析假基因自身的进化趋势, 探讨DNA 突变的成因等。     

植物基因家族的分子进化

植物基因家族的分子进化曾庆平,郭勇（华南理工大学生物工程系,广州５１０６４１）关键词基因家族,同源性,分子进化,生物工程建立基因数据库与计算机检索程序使不同基因之间的碱基序列同源性的比较成为可能,同时也有助于进行基因的分子起源与进化以及蛋白质结构与功...     

RNA的多维调控和应用

<正>RNA是生命起源的最初分子形式.原始的RNA分子既可自我复制又可催化化学反应.随着漫长的进化过程, RNA的催化功能逐步转移到蛋白质,而作为遗传信息承载者的功能则转移到DNA,并逐步形成了现代生物学的中心法则,即遗传信息先由DNA转录成RNA,再由RNA翻译成蛋白质.细胞中除了编码蛋白质的信使RNA(mRNA)外,还存在着大量种类不一、功能各异且不翻译成蛋白质的非编码RNA.     

基因组水平的插入和缺失变异研究进展

插入和缺失(insertion and deletion)是DNA和蛋白质在进化过程中发生的序列长度上的改变,由于缺乏祖先序列的信息,不能肯定其到底是插入事件还是缺失事件,故统称之为增减(indel)。indel是分子水平进化变异的主要来源之一,近年来对这种进化事件的研究已经涵盖了其发生频率、大小、分布模式、序列进化模型及应用等各个方面。该文总结了基因组水平上插入和缺失的研究进展和发生机制;介绍了已经提出的插入和缺失进化模型,包括TKF91、TKF92、"Long Indel"模型和序列环境模型;讨论了插入和缺失作为分子标记在分子进化、基因分型和药物设计等方面的应用。     

线粒体DNA在分子进化研究中的应用

线粒体作为古老的细胞器广泛存在于真核生物中,由于线粒体DNA的高进化速率,已被作为DNA标记广泛应用于现代分子生物学研究。长期以来,线粒体DNA一直被认为是中性进化或者受到纯净化选择。线粒体通过氧化呼吸链提供>95%的动物运动所需的自由能,并提供保持体温的热能。据此,近期已有研究推测并验证了线粒体与动物运动能力及气候适应性的相关性。该文简述线粒体基因组成及其进化,通过列举线粒体DNA在分子进化研究中的应用(如利用线粒体DNA重建物种的系统发育关系、从线粒体DNA角度分析生物能量代谢的适应性进化以及线粒体DNA密码子重定义对生物适应性的作用等),概述了线粒体DNA的分子进化研究。     

脊髓灰质炎病毒的分子进化

本文根据脊髓灰质炎病毒3个型别参考毒株的基因组核苷酸序列和蛋白质氨基酸序列资料,首次试用Kimura的分子进化理论和计算方法,推算出脊髓灰质炎病毒型间的进化距离、分歧进化时间及病毒蛋白质氨基酸的替换率。结果表明:(1)型间毒株相互进化距离大致相等;(2)三个型病毒是由一个共同祖先病毒在距今约1—2千年以前几乎同时分歧进化而来;(3)型间毒株蛋白质氨基酸替换率也大致相等。     

中国地鼠线粒体基因组的序列分析与分子进化

目的 获得中国地鼠线粒体基因组序列,为线粒体疾病模型提供分子数据.方法 参照近缘物种的线粒体基因组序列,设计27对特异引物,采用TD-PCR及测序技术获得了中国地鼠的线粒体全基因组序列,分析了其基因组特点和各基因的定位.还结合GenBank中已发表的其他5种啮齿类动物的线粒体基因组序列,探讨啮齿类动物不同科间的系统进化关系.结果 中国地鼠线粒体基因组全长为16 283 bp,碱基组成为33.53％A、30.50％T、12.98％G、22.80％C,包括13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因和1个非编码基因控制区.中国地鼠和金黄地鼠亲缘关系最近.结论 中国地鼠线粒体基因组各基因长度、位置与典型的啮齿类动物相似,其编码蛋白质区域和rRNA基因与其他啮齿类动物具有很高的同源性,显示线粒体基因组在进化上十分保守.5种动物的分子系统进化树与传统分类地位一致.     

果蝇中顺式调控序列的进化

顺式调控序列(cis-regularory sequences)是与基因表达调控相关、能够被调控因子特异性识别和结合的非编码DNA序列。顺式调控序列可以通过增减所含转录因子结合位点的数目,重构转录调控网络,以精准调控基因的时空表达模式,从而调控动物的生理和形态表型。顺式调控假说认为顺式调控序列进化是自然界丰富的动物表型进化的主要遗传机制。本文首先简述了顺式调控序列的结构和功能,然后重点讨论了近年来顺式调控序列进化调控果蝇表型进化如刚毛表型进化、色素沉积表型进化和胚胎发育方面的研究进展,阐释了顺式调控序列进化是动物表型进化的主要遗传机制之一。最后本文展望了顺式调控序列未来研究方向,例如应用功能基因组研究、开展ENCODE计划等,为进化发育生物学中顺式调控序列的研究提供了参考。     

中国地鼠线粒体Cyt b基因测序及其分子进化

目的测定中国地鼠线粒体DNA细胞色素b基因部分序列,分析其分子系统进化关系。方法提取中国地鼠肝脏的总基因组DNA。设计合成特异引物进行PCR扩增,经检测进行测序。用Blast与GenBank中啮齿类其他常用实验动物的物种细胞色素b基因进行同源序列比较,分析其碱基组成及变异情况,并用邻接法、最大简约法、最小进化法构建了分子系统树,在分子水平上探讨中国地鼠和常用啮齿类实验动物的进化关系。结果获得了中国地鼠线粒体Cytb基因的部分序列,共936bp。结论中国地鼠和金黄地鼠的亲缘关系最近,与小鼠、大鼠存在的差异相对大,与豚鼠的亲缘关系最远,与传统的分类地位基本吻合。     

DNA改组技术在水蛭素实验进化中的应用

蛋白质的改造是生物工程的重大研究课题.由于结构和功能预测的不精确性,而使按照三维结构信息进行定位诱变往往达不到预期的目的.近年来,另一条改造蛋白质的途径有较大的发展,即在实验室条件下模拟生物分子的自然进化,通过变异和靶功能的选择来获得改进性能的蛋白质[1],此过程称为生物分子实验定向进化.DNA改组(DNAshuffling)是一种改造基因和蛋白质的有效实验进化技术[2].它是在体外进行基因随机片段的重组,从而增加基因的多样性,促使有利变异与不利变异分离,通过选择使有利变异得到优化组合[3].DNA改组包含3个步骤:基因的随机片段化,自身引发PCR和重组合PCR.经过DNA改组的突变体库有可能选择到性能更优的突变体.为进行亲和淘选,需将突变体展示在噬菌体的表面[4].     

北部湾海洋原甲藻的形态特征及其系统进化分析

为探讨广西北部湾海洋原甲藻(Prorocentrum micans)的形态特征及其系统进化意义,利用光学显微镜、分子生物学方法,对海洋原甲藻BBW-01 藻株的形态特征进行了描述,并分析了其分子系统进化关系.结果表明,各地理株系的海洋原甲藻的形态特征相似,仅在细胞大小上存在差异.海洋原甲藻BBW-01 与采自于广东大亚湾的海洋原甲藻形态特征最为接近,其壳板后端的7 个呈“V”字形对称排列的大孔可作为海洋原甲藻鉴定的重要指标.18S rDNA 序列同源检索和系统进化分析表明,海洋原甲藻BBW-01 与源自中国南海的海洋原甲藻的亲缘关系最近,并与其他2 株海洋原甲藻聚成一支,属于浮游、兼性浮游类原甲藻.因此,对赤潮原因种的准确识别有助于预防和减轻赤潮对海洋环境和人类带来的危害.     

非编码保守DNA序列形成与演化机制

作为一种系统进化足迹,基因组非编码保守DNA序列受到极大关注。由于非编码保守DNA序列很可能与转录因子或特异蛋白质相互作用,直接参与调控基因表达或稳定染色体结构等重要的生命活动。因此,它极有可能成为基因组研究的下一个新浪潮。在总结对生物非编码保守DNA序列的认识过程的基础上,详细阐述了非编码保守DNA序列形成与演化的模型及其分子生物学机制,进一步展望了非编码保守DNA序列在生物学研究中的应用前景。     

脊椎动物线粒体DNA的进化遗传学

近年来,在分子进化遗传学研究中又产生出一个新的生长点,这就是线粒体DNA(mtDNA)的进化遗传学研究。因为mtDNA结构简单,与拥有4×10~8到4×10~(11)个碱基对的多细胞动物的核基因组相比,比其最小者小25000倍;在不同物种间,mtDNA上的基因成分相对稳定,很少受到序列重排的影响;另一方面,mtDNA又具有广泛的种内和种间多态性,且为母性遗传,在亲缘关系相近的物种间其进化速度比核基因快,因而它为从分子水平上研究种群遗传学和进化遗传学提供了理想的研究对象。     

基于量子进化算法的RNA序列-结构比对

多序列比对是计算分子生物学的经典问题,也是许多生物学研究的重要基础步骤．RNA作为生物大分子的一种,不同于蛋白质和DNA,其二级结构在进化过程中比初级序列更保守,因此要求在RNA序列比对中不仅要考虑序列信息,更要着重考虑二级结构信息．提出了一种基于量子进化算法的RNA多序列-结构比对程序,对RNA序列进行了量子编码,设计了考虑进结构信息的全交叉算子,提出了适合于进行RNA序列-结构比对的适应度函数,克服了传统进化算法收敛速度慢和早熟问题．在标准数据库上的测试,证实了方法的有效性．     

DNA分子进化的研究基础和策略

从研究方法和技术手段等方面讨论了分子进化研究上的一些重大问题．阐述了基因的基本结构及DNA分子的进化方式：净化选择、中性进化和分化选择。探讨了利用DNA分子进化数据构建系统树的原理,评价了NJ、UPGMAM、MP和ML4种算法在构建进化树时的合理性与不足,以及进化树可靠性检验的方法,并对未来分子进化生物学的发展加以展望。