蕨类植物叶绿体基因ycf94的分子进化研究

ycf94基因是近年来在叶绿体基因组中新发现的一个基因,在蕨类植物中表现高度保守。该研究共选取94种蕨类植物,在系统发育背景下,对ycf94基因的结构特征、密码子偏好性、进化速率和适应性进化进行分析。结果表明, ycf94基因的密码子偏好性较弱,偏好使用以A/U结尾的密码子,且不同物种间的偏好性存在一定差异。密码子偏好性的形成主要受到突变压的影响,同时也存在其他因素的作用;基于凤尾蕨科和其他蕨类中ycf94基因的结构特征存在区别,对两者的分子替换速率进行了比较,表明颠换率、非同义替换率和ω值间存在显著差异;仅检测出1个正选择位点74A,强烈的负选择作用表明ycf94基因的结构和功能基本趋于稳定。这为蕨类系统发育分析提供了新依据,并提供了解析ycf94基因功能的线索。     

蕨类植物rpoC1内含子缺失及其分子进化速率

rpoC1基因编码RNA聚合酶β￠亚基蛋白,在转录过程中与DNA模板结合,与β亚基形成的β-β￠亚基复合体构成RNA合成的催化中心。以rpoC1基因为研究对象,在贝叶斯因子大于20的条件下,用HyPhy软件位点模型检测到3个正选择位点和541个负选择位点;用PAML软件位点模型检测到10个正选择位点,其中3个位点的后验概率超过99%。此外,基于最大似然法构建64种蕨类植物的系统发育树,结合HyPhy软件分析rpoC1基因的转换率、颠换率、转换率/颠换率、同义替换率、非同义替换率以及同义替换率/非同义替换率,探讨rpoC1基因内含子丢失与分子进化速率的关系。结果表明, rpoC1基因内含子缺失对转换率、颠换率以及非同义替换率有一定影响。     

蕨类植物rpoC1内含子缺失及其分子进化速率

rpoC1基因编码RNA聚合酶β°亚基蛋白, 在转录过程中与DNA模板结合, 与β亚基形成的β-β°亚基复合体构成RNA合成的催化中心。以rpoC1基因为研究对象, 在贝叶斯因子大于20的条件下, 用HyPhy软件位点模型检测到3个正选择位点和541个负选择位点; 用PAML软件位点模型检测到10个正选择位点, 其中3个位点的后验概率超过99%。此外, 基于最大似然法构建64种蕨类植物的系统发育树, 结合HyPhy软件分析rpoC1基因的转换率、颠换率、转换率/颠换率、同义替换率、非同义替换率以及同义替换率/非同义替换率, 探讨rpoC1基因内含子丢失与分子进化速率的关系。结果表明, rpoC1基因内含子缺失对转换率、颠换率以及非同义替换率有一定影响。     

40种蕨类植物matK基因的系统分类及分子进化研究

采用“放松分子钟”模型、氨基酸位点正选择模型和分子内共进化网络估算方法,对蕨类植物Ⅱ型内含子成熟酶蛋白K(Maturase K,MATK)编码基因matK的进化趋势进行研究。结果显示:matK基因在蕨类植物系统学研究中具有一定的应用价值,与rbcL基因和psaA基因联合后能显著提升系统发育树的可信度;蕨类植物MATK蛋白中存在少数曾经历正选择的位点;MATK蛋白内部有多对氨基酸位点共同构成共进化网络。在被子植物兴起环境改变后,MATK蛋白部分位点发生适应性进化,通过位点间共进化网络协同作用方式提升蕨类植物对新光合环境的适应能力。     

蕨类植物叶绿体rps12基因的分子进化研究

以68种蕨类植物和2种石松类植物的rps12基因为对象,在系统发育背景下,结合最大似然法,使用HyPhy和PAML软件对该基因进行进化速率和适应性进化研究。结果显示:位于IR区的外显子2~3,其替换率明显降低,rps12基因编码序列的替换率也随之降低,且rps12基因密码子第3位的GC含量明显升高;在蕨类植物的进化过程中,3′-rps12更倾向定位于IR区,以保持较低的替换率;rps12基因编码的123个氨基酸位点中,共检测到4个正选择位点和116个负选择位点。研究结果表明基因序列进入到IR区后,显示出降低的替换率;强烈的负选择压力表明RPS12蛋白的高度保守性以及rps12基因的功能和结构已经趋于稳定。     

蕨类植物叶绿体rps12基因的分子进化研究

以68种蕨类植物和2种石松类植物的rps12基因为对象,在系统发育背景下,结合最大似然法,使用Hy Phy和PAML软件对该基因进行进化速率和适应性进化研究。结果显示:位于IR区的外显子2～3,其替换率明显降低,rps12基因编码序列的替换率也随之降低,且rps12基因密码子第3位的GC含量明显升高;在蕨类植物的进化过程中,3'-rps12更倾向定位于IR区,以保持较低的替换率; rps12基因编码的123个氨基酸位点中,共检测到4个正选择位点和116个负选择位点。研究结果表明基因序列进入到IR区后,显示出降低的替换率;强烈的负选择压力表明RPS12蛋白的高度保守性以及rps12基因的功能和结构已经趋于稳定。     

扬子鳄MHCⅡ类B基因第二外元的克隆及序列分析

3头扬子鳄血样取自宣城安徽省扬子鳄繁殖研究中心。利用一对简并引物对MHCⅡ类B基因第二外元的部分片段进行扩增;通过克隆、单链构象多态性分析、测序,并将测得序列与下载的8个物种MHC序列比对,确定序列差异和变异位点;利用MEGA软件构建NJ树,PAUP4．0构建MP树。结果得到10种不同的序列,片段长166bp。核苷酸序列中有38个变异位点,氨基酸序列中有23个变异位点;推定的抗原结合位点非同义替换(dN)明显高于同义替换(dS)。10种序列的NJ树和MP树极为相似,均为A、B两个分支,两个分支明显的特异性位点核苷酸序列中有9个。氨基酸序列中有7个。表明扬子鳄MHCⅡ类B基因第二外元有较高的多态性,有利于扬子鳄饲养种群的遗传保护。     

蕨类植物psaA基因的分子进化研究

采用“放松分子钟”模型、氨基酸位点正选择模型和分子内共进化网络估算方法,对蕨类植物光合系统Ⅰ核心蛋白PSAA编码基因psaA的进化趋势进行了研究。结果显示,叶绿体基因psaA编码区全序列具备成为蕨类植物系统发育关系重建位点的潜力,与rbcL基因联合后能构建高后验概率的系统发育树;蕨类植物的PSAA蛋白中存在一些曾经历正选择的氨基酸位点,其中29个位点聚合成为16个共进化组,通过共进化网络的方式协同影响光合系统Ⅰ的内部调整,提升其在被子植物兴起后光合环境下的适应能力。本文对蕨类植物进化潜能与分子机理的研究结果为揭示蕨类植物适应新生境提供了科学依据,也为植物系统分类学研究提供了分子依据。     

Drosophila auraria复合种Period基因Thr-Gly区段的初步研究

测定了金色果蝇复合种（Drosophila auraria species complex）5个姐妹种（sibling species）和D.rufa的period(per)基因的Thr-Gly区段序列。该区段序列分析表明：DNA序列的碱其组成拥有果蝇其他基因的共同特点;颠换数多于转换数,两两种种间的颠换率与转换率的总比值为2～5,密码子第3位的颠换与转换的比值为2.5～5;同义替换/异义替换（Ks/Ka）值远大于10,且有的物种间根本不存在非同义突变,低的Ka值说明该复合种的per基因Thr-Gly区段在进化过程中可能承受着较强的选择压力。运用所得的核苷酸序列构建Drosophila auraria复合种的系统发育树,为澄清该类群的系统演化关系提供了新的线索。     

兴国红鲤MHCⅡ类基因多态性、表达及其与鱼体抗病力关系的分析

对41尾感病和22尾抗病兴国红鲤的308个有效克隆进行测序,获得171条不同的MHC Ⅱ类基因编码序列,分属26个不同的等位基因,其中Cyca-DXA24Cyca-DXA36为新发现的13个等位基因。MHCⅡ类基因片段的长度为624 bp,包括第14个外显子,分别编码信号肽、1和2结构域及连接肽/跨膜区。1结构域的变异明显大于2结构域,表现在1结构域中核苷酸和氨基酸变异位点比例（55.16%和79.76%）明显高于2结构域的变异位点比例（45.96%和68.42%）。1结构域的PBR区的非同义碱基替换率（dN）与同义碱基替换率（dS）的比值 （=dN/dS）为5.742,远远高于非抗原结合位点（non-PBR）及2结构域的0.755、0.592,揭示兴国红鲤MHC Ⅱ类基因的1结构域在进化过程中受到正向选择作用。等位基因Cyca-DXA24 （P0.01）与兴国红鲤对嗜水气单胞菌的抗性相关,等位基因Cyca-DXA3 （P0.05）、Cyca-DXA4 （P0.01）、Cyca-DXA6 （P0.05）、Cyca-DXA33 （P0.05）与兴国红鲤对嗜水气单胞菌的易感性相关。荧光定量PCR结果表明,MHCⅡ类基因在健康兴国红鲤的肾、肝、鳃等10个组织均能普遍表达。人工感染嗜水气单胞菌后,肾、肝、脾3个组织中的MHCⅡ类基因的表达量均发生了不同程度的变化,表明MHCⅡ类分子在兴国红鲤的免疫反应中起到重要作用。       

乌龟MHCⅡ类B基因第二外显子的克隆及序列分析

利用一对兼并性引物扩增了乌龟MHCⅡ类分子B基因第二外显子的部分片段,并对PCR产物进行了克隆和测序,结果得到8种长度为166 bp的不同序列。经分析,序列中有84个变异位点,核苷酸的非同义替换(dN)多于同义替换(dS),造成39个位点氨基酸的改变。氨基酸的替换趋于集中在假定的抗原结合位点附近。利用MEGA、PAUP软件分别构建NJ树和MP树,两种树极为相似,均分为两支。同一个体中出现有多种序列,提示乌龟MHCⅡ类分子B基因可能存在着座位重复。研究表明:乌龟MHCⅡ类分子B基因第二外显子有较高的多态性,有利于乌龟野生种群的遗传保护。     

HPV基因的进化分析

目的:HPV有许多类型,其大致可分为高危型和低危型,高危型HPV感染是导致宫颈癌发生的首要原因,在HPV基因组中,E6基因是促进宫颈细胞癌变的关键基因,本文主要研究HPV中的E6基因在各种不同型别的HPV中的进化关系,并对E2基因碱基替换率进行分析,探讨高危型HPV与低危型HPV的区别.方法:本文对不同类型HPV E6氨基酸序列构建系统发生树,探讨识别高危型HPV可能的一致序列,对E6基因其中一处能导致恶性程度增加的突变进行分析.并对HPV16与其位于同一颗树的HPV35和HPV31计算相对碱基替换率.结果:高危型HPV均源自同一株病毒株的进化.各种HPV型别中,高危型HPV E6蛋白对应于HPV16E6蛋白的第83位氨基酸为缬氨酸更为保守,HPV中除E2以外的其他基因的非同义替换率均小于同义替换率.结论:HPV E6蛋白对应于HPV16E6蛋白的第83位氨基酸为缬氨酸能更好地实现HPV E6蛋白的致癌作用.HPV基因中除E2以外的基因在进化过程中都较为保守,是HPV增殖生长的关键基因,而E2部分区域非同义替换率大于同义替换率,说明E2这部分区域的突变能够更好的促进HPV的增殖和生长.     

尼罗鳄MHCⅡ类B基因第二外元的序列变异分析

利用一对简并引物扩增了尼罗鳄MHCⅡ类分子B基因第二外元的部分片段,并对PCR产物进行了克隆和测序,结果得到8种不同的序列,序列长度为166 bp;经分析,序列中有56个变异位点,核苷酸的非同义替换多于同义替换,造成30个位点氨基酸的改变,氨基酸的替换趋于集中在假定的抗原结合位点附近.核苷酸和氨基酸序列与已报道的扬子鳄和密河鳄的MHCⅡ类B基因第二外元序列有较高的同源性,利用PAUP4.0软件构建的NJ树显示,鳄类的MHCⅡ类B基因存在跨种多态性现象.     

蕨类植物rbcL基因正选择和负选择位点的鉴定

基于分支模型、位点模型及分支-位点模型对蕨类的rbcL基因所受到的选择压力进行了分析.结果显示:分支模型下检测到大部分分支处于负选择,仅4个分支处于正选择压力下,并且仅2分支具有统计上的显著性;在位点模型下,通过比较模型M1a/M2a和M7/M8,在氨基酸水平上模型M2a和模型M8均鉴定出98L位点被正选择;在模型M8下,鉴定负向选择位点共228个,占总序列的83.82%,从而揭示出负选择对rbcL基因的进化起着非常重要的作用;在分支位点-模型c下鉴定出262A被正选择.98L、262A位点分别位于rbcL羧基末端α/β桶结构域的第3和第8个α螺旋上.蕨类通过该结构域的适应性进化,适应白垩纪被子植物兴起而引发的陆地生态系统改变,研究结果为以后实验分析提供了首选位点.     

念珠藻属植物nifH基因的适应性进化分析

念珠藻(Nostoc)固氮过程关键在于固氮酶的催化,而固氮酶复合物中的铁蛋白(NifH)是由高度保守的nifH基因编码的,该基因是进化史上现存最古老的功能基因之一。该研究选取念珠藻属及近缘类群的nifH基因序列共40条,采用最大似然法构建系统发育树;运行PAML4.9软件,对nifH基因编码蛋白进行生物信息学分析,并使用分支模型、位点模型和分支-位点模型检测该基因的选择位点,探讨nifH基因的适应性进化特征。结果表明:(1)最大似然树显示内类群中该研究物种共分为6个分支(A、B、C、D、E和F),其中D和E是2个大的分支,每个大分支中又各包含2个特殊的小分支A、F和B、C,其中F分支包含新疆古尔班通古特沙漠采集到的9株念珠藻,A分支包含F分支及该研究测定序列的4株葛仙米,B分支包含本研究测定序列的4株地皮菜和3株未定种的念珠藻,C分支包含NCBI数据库中下载的5株念珠藻、鱼腥藻序列和本研究测定序列的1株念珠藻。(2)在所分析的3种进化模型中,仅通过分支-位点模型检测出14个统计学上显著的正选择位点,即1F、2S、3S、4T、5A、6F、7F、8I、9S、10C、17I、27Y、29D和31R位点,表明念珠藻属植物的nifH基因发生了适应性变化,分支-位点模型是研究藻类基因适应性进化较好的模型。     

凤尾蕨科植物rbcL基因的适应性进化分析

为深入理解蕨类植物辐射式物种分化的分子适应机制,在时间框架下,采用位点模型和分支-位点模型对凤尾蕨科植物rbcL基因的进化式样进行了分析.通过比较模型M1a/M2a和M7/M8,在氨基酸水平上共鉴定出6个正选择位点:1491、251M、255V、282F、359S和375F,其中位点282F对维持Rubisco功能有重要作用.分别检验凤尾蕨科的附生分支和水蕨类分支发现,前者不具适应性进化位点,而后者有两个位点(230A和247C)经历正选择.相对于荫蔽的光条件,水生生境可能对RbcL亚基的选择作用更强.另外,基于UCLD分子钟模型估算出的风尾蕨科各分支分化时间表明,该科物种丰富度的辐射式增长发生在新生代渐新世,推测古、始新世最热事件可能对物种分化的形成也产生一定作用.这对认识薄囊蕨类如何应对被子植物兴起导致的陆地生态系统改变具重要意义.     

中国大陆野猪SLA DRB基因exon2的序列变异分析

本文基于135头野猪样本中检测到的15种SLA DRB基因exon 2序列的遗传变异分析,探讨DRB基因在不同地理区域中自然选择的变化特征.研究发现DRB基因exon 2抗原结合位点的非同义替换率为同义替换率的2.95倍,表明该位点受到平衡选择的强烈作用.在系统发生分析中,在基于核苷酸序列构建的NJ树中,野猪DRB位点的15种等位基因全部聚为一枝,没有发现跨种多态现象;而在基于氨基酸序列构建的系统发生树中,野猪SLA-DRB*nnu6和人DRB基因exon 2片段聚在一起,这种氨基酸残基的高度相似可能是由于自然选择压力下产生的趋同.野猪DRB基因exon 2的序列多态性分析表明,东北野猪基因多态性低于四川野猪和华南野猪,这可能与不同气候条件和地理环境下的寄生虫等因素对SLA等位基因变异的影响存在差异有关.     

藏鸡主要组织相容性复合体B-LBⅡ基因第二外显子序列遗传变异分析

根据鸡主要组织相容性复合体B-LBⅡ基因序列设计特异性引物,在藏鸡基因组中扩增了一个包括其第二外显子和第二内含子在内长度为374 bp的片段,并通过克隆和PCR直接测序获得了该片段的核苷酸序列。发现了15个B-LBⅡ新等位基因。对18个B-LBⅡ等位基因核苷酸序列和其所编码的MHCB-LBⅡ分子β1结构域的氨基酸序列分析显示,第二外显子核苷酸序列遗传多态性异常丰富,存在着62个多态变异位点(共包括80个突变),其中41个为简约性多态位点;衡量该序列遗传多样性的π值为0.0718;反映其群体内遗传变异度的平均遗传距离为0.056±0.008,低于在5个外来品种所估算的平均遗传距离。该编码区核苷酸相对异义替换率(15.61±2.69%)显著高于其同义替换率(3.25±0.94%),进一步分析表明,基因重组和平衡选择机制可能是引起B-LBⅡ基因序列变异的主要因素。在β1结构域氨基酸序列中,存在11个同义替换和27个异义替换;在24个肽结合位点中有12个变异位点;与其他6个中国地方鸡品种和一个外来品种比较发现,有11个异义氨基酸替换仅出现在藏鸡群体中,并被认为与藏鸡的免疫特异性有关,可为鸡的抗病力研究提供分子依据。     

蕨类植物叶绿体rps4基因的适应性进化分析

在原核生物和植物叶绿体中,RPS4(ribosomal protein small subunit4)在核糖体30S小亚基形成起始过程中发挥重要作用;该蛋白在植物中由叶绿体rps4基因编码。为验证蕨类植物在白垩纪适应被子植物兴起而发生分化的观点,本文以23种蕨类植物为研究对象,利用分支模型、位点模型和分支位点模型对其叶绿体rps4基因进化适应性进行分析。分支模型检测到4个可能存在正选择的分支;位点模型和分支位点模型虽然没有检测出正选择位点,但是位点模型检测出了85个负选择位点。通过研究我们仅仅得出a、b两个代表水龙骨类的分支处于正选择压力下,这与水龙骨类在白垩纪发生辐射式演化的理论相一致。同时rps4基因处于强烈的负选择压力这一事实表明该基因的功能与结构已经趋于稳定。     

兴国红鲤 MHC Ⅱ类 α 基因多态性、表达及其与鱼体抗病力关系的分析简

对41尾感病和22尾抗病兴国红鲤的308个有效克隆进行测序,获得171条不同的MHCⅡ类α基因编码序列,分属26个不同的等位基因,其中Cyca-DXA24—Cyca-DXA36为新发现的13个等位基因。MHCⅡ类α基因片段的长度为624 bp,包括第1—4个外显子,分别编码信号肽、α1和α2结构域及连接肽/跨膜区。α1结构域的变异明显大于α2结构域,表现在α1结构域中核苷酸和氨基酸变异位点比例(55.16%和79.76%)明显高于α2结构域的变异位点比例(45.96%和68.42%)。α1结构域的PBR区的非同义碱基替换率(dN)与同义碱基替换率(dS)的比值ω(ω=dN/dS)为5.742,远远高于非抗原结合位点(non-PBR)及α2结构域的0.755、0.592,揭示兴国红鲤MHCⅡ类α基因的α1结构域在进化过程中受到正向选择作用。等位基因Cyca-DXA24(P0.01)与兴国红鲤对嗜水气单胞菌的抗性相关,等位基因Cyca-DXA3(P0.05)、Cyca-DXA4(P0.01)、Cyca-DXA6(P0.05)、Cyca-DXA33(P0.05)与兴国红鲤对嗜水气单胞菌的易感性相关。荧光定量PCR结果表明,MHCⅡ类α基因在健康兴国红鲤的肾、肝、鳃等10个组织均能普遍表达。人工感染嗜水气单胞菌后,肾、肝、脾3个组织中的MHCⅡ类α基因的表达量均发生了不同程度的变化,表明MHCⅡ类α分子在兴国红鲤的免疫反应中起到重要作用。