基因水平转移的评判方法和转移方式研究进展

基因水平转移是不同物种之间或细胞器间基因的交流。基因水平转移现象在原核生物中普遍存在, 在真核生物中近年来也发现了众多例证, 说明水平转移是生物界的普遍现象。文章着重对基因水平转移的概念、评判基因水平转移的标准, 水平转移的特点和转移方式, 以及基因水平转移对基因组进化的作用等方面的研究进展进行了综述。在已有的基因水平转移研究中进化树分析法、碱基组成分析法、选择压力分析法、内含子分析法、特殊序列分析法和核苷酸组成偏向性分析法等几种是常用的方法; 转座序列是生物中最易于发生水平转移的基因类型;原核生物基因水平转移的主要方式有转化、接合和转导, 真核生物中水平转移发生方式尚不清楚。基因水平转移在基因、基因组和生物进化中有着其独特的作用。     

植物中的水平基因转移

水平基因转移是不通过生殖而进行的遗传物质交流, 在原核生物和单细胞真核生物的进化中起着重要作用。然而, 水平基因转移在多细胞真核生物之间的发生频率以及对多细胞真核生物进化的影响尚不明确。近期的一些研究显示, 水平基因转移在高等植物之间以及高等植物和其它生物之间普遍存在。该文将对高等植物中已发现的一些水平基因转移现象进行综述, 并尝试解析植物之间水平基因转移可能的机制及其重要意义。     

逆转座子和逆向遗传信息流

一、引言 遗传信息可以从基因组的一个位点转移到另一个位点,转移的信息或是由DNA所携带,或是由RNA所携带。DNA介导的转位作用在原核生物和真核生物中都能发生;RNA介导的转位作用目前仅发现于真核生物。逆转位作用的遗传因子则称     

纤毛虫中的编程性翻译移码

编程性翻译移码现象存在于病毒、原核生物和真核生物中。单细胞真核生物游仆虫基因组中含有的编程性翻译移码基因远远高于其他真核生物基因组。游仆虫中已经报道的编程性翻译移码基因的滑动序列特征为AAA-UAR-V,其上游都有SD(Shine-Dalgarno sequence)相似序列CAAGAA。同时,编程性移码的发生受肽链释放因子eRF1和tRNALys的影响。     

Ⅰ-E型CRISPR/Cas系统介导适应性免疫分子机制研究进展北大核心CSCD

为了更好地适应环境,原核生物可通过水平基因转移的方式获取外源基因(来自噬菌体、质粒或其他物种基因组)。在获取外源基因的同时,原核生物也面临着"自私基因"入侵的风险。因此,原核生物需建立相应的机制选择性地摄取或降解外源DNA,从而防范基因转移带来的潜在危害。近年来,人们在原核生物中发现了由小RNA介导降解DNA的防御外源基因入侵的适应性免疫。在免疫防御过程中,首先外源DNA部分片段整合至细胞自身基因组上成簇出现的重复序列(CRISPR)上;然后表达并加工成熟的CRISPR RNA和相关Cas蛋白形成CRISPR/Cas复合体降解再次入侵的外源DNA。本文在简介CRISPR/Cas系统的基础上,重点探讨近年来关于大肠杆菌中I-E型CRISPR/Cas系统作用机制和调控机制的研究进展。     

内含子Ⅱ的作用机制和演化

内含子是广泛存在于原核生物的叶绿体、线粒体以及真核生物基因组中的非编码DNA序列,但其含有的调控元件却常常影响基因的表达效率。内含子的自我剪接在mRNA的成熟过程中起着重要作用,内含子也可利用逆转录剪接作用插入到同源或异源DNA中,同时也常常通过“外显子改组”来促进基因进化。文章重点介绍了近年来在内含子Ⅱ作用机制及演化方面研究的最新进展。     

真核生物起源研究进展

作为重大进化谜题,真核生物起源的研究对于解码真核基因组、阐释真核细胞内部结构之间的关系有重要启示作用。在1977年美国微生物学家Carl Woese发现古细菌并提出三域生命之树之后,大量研究显示古细菌与真核生物在进化上存在着密切联系。21世纪以来,系统发育分析方法不断改进,泉古菌门(Crenarchaeota)、广古菌门(Euryarchaeota)之外与真核生物更加相似的新古细菌门类也相继被发现,这些证据更加支持将真核生物与古细菌合并为一域,形成二域生命之树。目前,通过宏基因组技术发现的Asgard古细菌是与真核生物进化距离最近的原核生物。然而,真核生物祖先的身份以及线粒体起源的时间等核心问题仍是学术界争论的焦点。本文结合近年来国内外研究成果,从生命之树的形态变化与真核生物演变的具体机制两个角度梳理了目前对真核生物起源的认知过程、现有水平和研究前景,以期为揭示真核生物起源进程的后续研究提供参考与指引。     

真核基因转录和调控

与原核生物的基因组相比,真核生物的基因组包含更多遗传信息。人细胞基因组比大肠杆菌的大一千倍。真核生物基因组DNA结构中有高度重复顺序,中等重复顺序和单考贝顺序的相间安排。     

细胞核和有性生殖是如何起源的?

真核生物的起源是一个根本性的、令人生畏的进化谜题, 目前设想的关于“核”起源的流行情景还远谈不上清晰。关于真核生物的起源可谓众说纷纭, 有共营模型、自演化模型、病毒性真核生物起源模型和外膜假说, 等等。迄今为止, 真核演化的动因则鲜有涉及。笔者发现, 从原核生物到真核生物, 基因组的DNA总量大约增加了3.5个数量级, 而这与现代真核生物的DNA压缩比(packing ratio)惊人地一致! 这样, 仅仅用偶然的吞噬、共生或寄生来解释真核生物的起源, 无论如何是难以让人信服的(其实, 正是内共生理论将人们引入了歧途), 而关键是需要解释基因组为何急剧增大。这可能与DNA的复制错误或多倍化现象不无关系, 当然并非完全排除不同种类个体之间的侧向的基因流动或整合的可能贡献。不难理解, DNA压缩机制的成型应该就是迈向真核生物的关键一步, 自然还伴随了细胞内部的结构分化、更为精巧而复杂的细胞分裂机制的发展, 等等。因此, 本文提出细胞核起源的新学说——压缩与结构化假说。此外, 从分子遗传学的角度来说, “性”一点都不神秘, 就是将两个个体的基因组拼在一起而已, 藉此种族多样的遗传信息分散到了个体之中; 而从生态的角度来看, “性”的原始动机就是与休眠事件的偶联。     

生命的第三界——三界学说的新发展

１９７７年，Ｗｏｅｓｅ提出生命体系应划分为三界。第一界是真核生物，第二界是原核生物，第三界是Ａｒｃｈａｅａ（古核生物）。产甲烷球菌的全基因组序列测定为三界学说提供了可信的证据。     

台风利奇马对海水贝塘浮游生物群落的影响

为了揭示台风前后海水池塘贝类养殖过程中浮游生物群落结构的变化,对养殖水体环境基因组DNA中16S和18S rRNA基因进行了高通量测序和生物信息学分析。结果显示,原核生物OTU数(28728)明显高于真核生物(8498),其中原核生物优势类群主要为变形菌门(Proteobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和绿菌门(Chlorobi)等;真核生物优势类群为纤毛虫、鞭毛虫、原绵虫、杯鞭虫、隐藻、棕鞭藻和硅藻等,其中硅藻丰度占比在台风后显著性增加(P<0.05)。台风过后真核生物多样性均未发生显著改变,原核生物Shannon指数和Simpson指数出现显著性差异(P<0.05),表现为先降低后升高,而OTU数和Chao I指数则未发生显著改变。PCoA分析显示,台风后原核和真核生物群落结构均产生时间异质性,但仅原核生物群落结构产生显著差异。ANOSIM显示,真核和原核微生物群落在台风前后均存在显著性差异(P<0.05),其中原核微生物每个时间点之间均有显著差异(P<0...     

动物细胞基因组的DNA顺序结构和表达

十年以前人们对于生物体基因表达的认识主要来自对简单的原核生物如细菌的研究,在这些生物中,基因的表达和调节过程相对地比较简单。但是,真核生物尤其是高等生物的基因表达和调节远比细菌复杂得多。一个病毒的基因组通常有2—100×10~6道     

DNA聚合酶X家族的起源与进化分析

随着DNA聚合酶X家族成员数量的增加,家族内部的系统发育需要重新检查。来自病毒和细胞的DNA聚合酶X家族成员序列第一次被汇编在一起,进行系统发育分析。分析显示：真核生物DNA聚合酶bcta(polβ)是这个家族的祖先基因,可能与昆虫痘病毒(EPv)之间发生过基因的水平转移;DNA聚合酶mu(polμ)基因仅存在于哺乳动物基因组中,是脱氧核苦酸末端转移酶(TdT)的重复基因;这个家族在低等真核生物的种系进化过程中发生了基因丢失。     

基因组中重复序列的意义

从原核生物到真核生物,其基因组中的重复序列呈递增趋势.重复序列的作用也被各种实验所揭示.各种重复序列的类型与它在染色体上的分布密切相关.重复序列不是垃圾,而是影响着生命的进化、遗传、变异;同时它对基因表达、转录调控、染色体的构建以及生理代谢都起着不可或缺的作用.它们的功能及演化也正在被逐步阐明.     

比较原核生物和真核生物在RNA的转录及加工过程中的异同点

在高中生物中,有关原核生物和真核生物在RNA的转录及加工过程中的异同点一直是高中生物教学中的重点和难点,很多学生对此容易混淆。本文介绍了RNA的转录加工过程,通过转录场所、编码基因、RNA聚合酶等4个方面对原核生物和真核生物在RNA的转录及加工过程中的异同进行了详细的比较。本文对高中生物教学有一定的参考意义。     

真核生物的转座子

转座子(也称转座因子或跳跃基因)是指生物中的遗传因子或基因不仅能改变功能,而且可以在染色体上移动改变原来的位置。1951年,McClintock首次针对玉米籽粒色斑不稳定的遗传现象提出转座因子概念。后来发现在原核生物和真核生物中普遍存在转座因子。人们预测在所有基因组中都有转座因子存在,并起着重要作用。在果蝇中发现了30多种转座因子,占总基因组约10％。在植物中现已克隆了     

苯丙氨酰-tRNA合成酶的进化与结构域丢失

基因的复制、融合以及基因的水平转移是许多蛋白质包括氨酰 tRNA合成酶 (aminoacyl tRNAsynthetase ,AARS)进化过程中的常见事件。然而作者研究的结果显示 ,苯丙氨酰 tRNA合成酶 (phenylalanyl tRNAsynthetase,PheRS)的进化主要表现为一些结构域的丢失 ;并且这种结构域的丢失不影响PheRS的功能或活性。通常在生物从细菌到真核生物的进化过程中 ,其基因组的大小和基因的数目都有所增加 ,然而有趣的是 ,真核生物中PheRS的结构域类型和数目都明显少于细菌的PheRS。PheRS通过结构域的丢失而进化的现象 ,似乎与某些AARS功能由多重专一性向单一专一性的演化有着“异曲同工”之妙。     

是否应重新重视RNA在启动基因中的作用

比较真核生物与原核生物的区别,分析RNA活化基因的证据,作认为基因组中广泛存在的无转录、无编码功能的DNA序列及内含子RNA可能有重要的生物学功能,是控制同样基因在不同细胞类型中表达不同的特异性因素。     

转座子在遗传分析和体内基因操作中的应用

能在基因组间或组内跳跃的DNA片段称之为DNA插入因子(Insertion element)。这种跳跃不需要插入因子和插入位点间的广泛同源性,也不需要进行一般杂交所必须的重组基因。这类插入因子不仅广泛存在于原核生物,也在不少真核生物如玉米、果蝇、酵母等中发现。     

线粒体基因组:结构特点和基因含量进化

线粒体具有其自身的遗传系统——一个来自内共生的α-变形细菌祖先的基因组。线粒体基因组的生物学功能非常保守,仅涉及与线粒体有关的5个方面的过程:呼吸和氧化磷酸化、翻译、转录、RNA成熟和蛋白运输。真核生物线粒体基因含量的变化异常显著,在包括被子植物在内的各种真核生物相对频繁地发生线粒体基因丢失的同时,动物和某些植物类群的线粒体基因含量相对来说则比较稳定。tRNA基因含量的变化反映了线粒体对来自核的tRNA在使用上的差异,而蛋白基因含量的变化主要是由于功能性的基因转移到核所造成的。对线粒体基因组学领域中有关基因组起源、结构和基因含量进化方面的研究进行综述。