哺乳动物系统发育基因组学研究进展

哺乳动物是一类最进化并在地球上占主导地位的动物类群,重建其系统发育关系一直是分子系统学的研究热点。随着越来越多物种全基因组测序的完成,在基因组水平上探讨该类动物的系统发育关系与进化成为研究的热点。本文从全基因组序列,稀有基因组变异及染色体涂染等几个方面简要介绍了当前系统发育基因组学在现生哺乳动物分子系统学中的应用,综合已有的研究归纳整理了胎盘亚纲的总目及目间的系统发育关系,给出了胎盘动物19 个目的系统发育树。本文还分析了哺乳动物系统发育基因组学目前所面临的主要问题及未来的发展前景。     

系统发育研究中“长枝吸引”现象概述

系统发育研究(phylogeny)不仅有助于重建地球所有生物体的进化历史, 而且还可以揭示进化生物学领域中的一些基本问题。清晰了解各生物物种进化历程及不同物种之间的进化关系, 是进一步研究和探索生物学其他学科的基础。但是现今广泛应用的所有系统发育分析方法都存在一定的局限性, 在一定程度上不能有效消除各种误差, 从而不能客观地处理和分析数据, 也就不能成功重建生物进化历程, 真实反映物种进化关系。系统发育研究中, “长枝吸引” (Long-branch Attraction, LBA)假象是最为困扰研究者的问题。文章从“长枝吸引”问题的产生原由、检测方法以及消除策略等多个方面进行详尽概述, 并通过列举典型实例, 阐述了解决“长枝吸引”问题的途径。     

基因树冲突与系统发育基因组学研究

随着越来越多的基因序列被运用于系统发育重建中,随之产生的基因树冲突已成为分子系统发育研究中日益突出的问题.因此,在分子系统发育研究中,应正确理解基因树和物种树之间的差异,充分注意和分析基因树冲突的原因,正确解释分子系统发育的结果.本文通过一些典型实例分析了在多基因系统发育研究中引发基因树冲突的三类主要原因:随机误差、系统误差和生物学因素.在此基础上,对近年来兴起的系统发育基因组学进行了介绍,并以稻属Oryza研究为例,阐述了系统发育基因组学方法在解决基因树冲突以及系统发育研究中的优势和应用价值,并进一步探讨了解决基因树冲突的策略和方法,以期为分子系统发育研究提供一些肩示和帮助.     

系统发育分析中的最大简约法及其优化

随着生物技术的不断发展和系统发育学的深入研究, 在重构系统发育树时, 研究人员往往要面对更多的挑战和困难, 比如： (1)需要分析的样本数（物种数或个体数）不断增加; (2)需要分析的数据量迅速扩大。尤其在基因组测序技术的推动下, 基于分子信息的系统发育重建需要极大的计算量, 因此数学方法、 计算机技术以及其他辅助工具对于系统发育重建的效率和精确度起着至关重要的作用。最大简约法（maximum parsimony）是一种重要的系统发育重建方法, 提高其计算效率对系统发育学研究具有重要意义, 针对该算法的优化改进需要生物学家和计算机专家的共同努力。本文通过详细地阐述最大简约法的计算流程, 分析其参数选择对计算效率的影响, 帮助更多的计算机使用者, 在并不了解系统发育学基础的情况下, 更方便地针对实际的系统发育算法问题给出更好、 更快、 更精准的解决方案; 同时为系统发育研究工作者, 较为清晰地解释最大简约法的构树思想和计算逻辑, 推动针对最大简约法的不断改进与优化。     

基于孕激素受体基因的类人猿亚目的分子系统学研究

通过对类人猿亚目中部分种类的孕激素受体基因进行分析,重建类人猿亚目的 系统发育关系.扩增并测定了来源于14个属的类人猿亚目物种的孕激素受体编码区序列,并基于这一序列数据,分别采用邻接法、最大简约法和最大似然法重建了系统发育关系.除了阔鼻下目,3种方法构建的系统发生树的拓扑结构类似且各节点支持率高.重建的人猿超科和猴超科内部亲缘关系支持多数人所认可的分类系统.本研究为黑猩猩和人的姐妹群关系提供了证据,提示黑猩猩比大猩猩或其他猿猴更接近人类.阔鼻下目中蜘蛛猴科、卷尾猴科和僧面猴科三者之间的系统发育关系在本研究中未得到很好辨析.     

叶绿体系统发育基因组学的研究进展

系统发育基因组学是由系统发育研究和基因组学相结合产生的一门崭新的交叉学科。近年来,在植物系统发育研究中,基于叶绿体基因组的系统发育基因组学研究优势渐显端倪,为一些分类困难类群的系统学问题提出了解决方案,但同时也存在某些问题。本文结合近年来叶绿体系统发育基因组学研究中的一些典型实例,讨论了叶绿体系统发育基因组学在植物系统关系重建中的价值和应用前景,并针对其存在问题进行了探讨,其中也涉及了新一代测序技术对叶绿体系统发育基因组学的影响。     

系统发育基因组学——重建生命之树的一条迷人途径

生物基因组计划的相继启动对系统发育学研究的发展产生了深远影响。将基因组学和系统发育学结合起来的“系统发育基因组学”在这一背景下应运而生, 这门崭新交叉学科的出现成为重建“生命之树”的一条迷人途径。文章重点围绕系统发育基因组学的概念以及分析方法进行扼要介绍, 并探讨了它目前潜在的问题以及将来有待发展和完善的地方。     

超级矩阵构树方法研究进展

在后基因组时代,系统发育重建领域面临许多新的挑战.新的方法正在开发以处理高通量技术产生的庞大而复杂的分子数据.系统发育大树是研究宏观进化和生物学问题的重要手段和基础,组合几百甚至几千个基因的超级矩阵是“大树”构建的主要方法之一.与通常的小规模矩阵相比,超级矩阵构树在每个步骤上都面临方法上的挑战,包括取样策略、数据库操作、多序列比对、构树计算和树信心评估等构树环节.文章围绕超级矩阵构树方法的进展、存在的问题和将来的发展进行了简要综述.     

被子植物系统发育深层关系研究: 进展与挑战

被子植物系统发育学是研究被子植物及其各类群间亲缘关系与进化历史的学科。从20世纪90年代起, 核苷酸和氨基酸序列等分子数据开始被广泛运用于被子植物系统发育研究, 经过20多年的发展, 从使用单个或联合少数几个细胞器基因, 到近期应用整个叶绿体基因组来重建被子植物的系统发育关系, 目、科水平上的被子植物系统发育框架已被广泛接受。在这个框架中, 基部类群、主要的5个分支(即真双子叶植物、单子叶植物、木兰类、金粟兰目和金鱼藻目)、每个分支所包含的目以及几个大分支包括的核心类群等都具有高度支持。与此同时, 细胞器基因还存在一些固有的问题, 例如单亲遗传、系统发育信息量有限等, 因此近年来双亲遗传的核基因在被子植物系统发育研究中的重要性逐渐得到关注, 并在不同分类阶元的研究中都取得了一定进展。但是, 被子植物系统发育中仍然存在一些难以确定的关系, 例如被子植物5个分支之间的关系、真双子叶植物内部某些类群的位置等。本文简述了20多年来被子植物系统发育深层关系的主要研究进展, 讨论了被子植物系统发育学常用的细胞器基因和核基因的选用, 已经确定和尚未确定系统发育位置的主要类群, 以及研究中尚存在的问题和可能的解决方法。     

人类线粒体DNA世系的系统发育关系研究

本文以人类线粒体DNA为例,回顾了其系统发育关系的重建的研究历史,进而总结介绍了该分析方法在人类进化历史研究、线粒体DNA数据质量评估以及疾病相关线粒体DNA突变的甄别等方面的应用,以期对该方法在国内的推广应用有所裨益。