多倍体植物混合倍性种群的建立机制研究进展

基因组多倍化是物种形成和进化的重要驱动力, 几乎所有植物都经历过至少一次基因组加倍。然而, 由于多倍体植株比二倍体表现出更高的死亡率, 多倍化机制被认为是植物进化的“死胡同”。一些植物物种具有自然混合倍性种群, 即同一物种具有不同倍性, 这为揭示多倍体的进化机制提供了最佳途径。本文从基因组加倍形成多倍体植物开始, 综述了混合倍性种群的形成、建立与维持的研究进展, 探讨了多倍体适应自然环境的种群分化而形成多倍体物种的机制。研究自然混合倍性种群的倍性组成、重复基因的功能分化以及多倍体的生态位分化, 有利于明确混合倍性自然种群的生态适应与维持机理, 以及多倍体植物的进化机制。     

鱼类低温耐受机制与功能基因研究进展

不同鱼类适应环境温度的能力不同,这是经过长期适应和进化的结果,是遗传信息特异性表达的具化表现,也是鱼类自身生理生化性能差异的反映。当前,对低温下鱼类的生理反应已经有深入研究,同时,对鱼类适应低温环境和耐受低温胁迫的分子生物学机制的研究方兴未艾,引起研究人员的广泛兴趣。高通量测序技术成本的降低和生物信息学技术的应用,允许研究者利用组学方法研究低温胁迫下鱼类的代谢途径和分子信号通路,在生物整体水平上分析鱼类响应低温胁迫的分子机制,挖掘低温耐受功能基因。研究发现,极地鱼类在长期适应环境的过程中,基因组不断进化,通过功能基因的获得、缺失和大规模扩增,适应长期低温环境;在转录调控水平上,低温胁迫下鱼类转录表达谱既表现出多细胞动物的保守性,同时又具有明显的物种特异性和组织特异性。抗冻(糖)蛋白、分子伴侣、代谢酶类和膜通道蛋白等都参与鱼类响应低温胁迫的过程。但是,不同种类蛋白质的编码基因结构与表达、功能与应用研究不尽相同。从进化、遗传表达和表观遗传学角度分别综述鱼类低温耐受的分子机制,总结鱼类低温耐受相关功能基因,预测鱼类低温耐受机制和应用研究热点,旨在为本领域研究人员提供思路。     

南极海洋生物肠道微生物研究进展

生物的胃肠道微生物数量众多,各种菌群之间互相制约,与宿主共同进化。南大洋作为一个巨大的生物资源库,繁衍生存着大量的生物,其生活环境的多样性及特殊性,使得其胃肠道微生物较为特殊,肠道微生物群落也进化到适应宿主的各种营养生活方式。从不同营养级具有代表性的南极海洋生物出发,以南极磷虾,鱼类,企鹅,海豹为主线,综述这些生物胃肠道微生物的研究概况以及相关研究方法的优势与局限性,以期揭示肠道微生物与宿主的关系,为更加有效开发利用微生物资源提供借鉴。     

伯氏肩孔南极鱼dusp1基因在冷应激中的功能研究

为了研究极地鱼类双特异性磷酸酶1 (dual-specificity phosphatase 1, dusp1)基因在低温胁迫下的作用, 实验采用RT-PCR技术从Trematomus bernacchii中克隆获得了编码区含有1128个核苷酸的dusp1同源基因, 可编码376个氨基酸残基。将其通过同源重组的方法构建真核表达载体pcDNA3.1-dusp1并转染至人胚肾293T(HEK293T)细胞中, 同时以pcDNA3.1空载质粒作为对照。使用荧光探针DCFH-DA 检测了细胞活性氧(Reactive oxygen species assay, ROS)含量, 采用流式细胞术检测了低温胁迫下细胞的存活率, 采用Western Blot检测了P38/MAPK的磷酸化水平和RT-qPCR技术分析了半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)的mRNA表达水平。结果表明, 伯氏肩孔南极鱼dusp1基因能在293T细胞中大量表达, 并定位于细胞核; 在低温胁迫下, 与对照组相比, 伯氏肩孔南极鱼dusp1基因的过表达能显著减少细胞ROS的含量和细胞凋亡率, 并抑制促凋亡基因P38/MAPK的过度磷酸化和凋亡效应基因caspase-3的上调, 减轻细胞在低温下的受损程度。研究表明伯氏肩孔南极鱼dusp1的过表达提高了293T细胞的抗寒能力, 在细胞低温应激过程中具有保护功能。研究结果为探究极地鱼类低温适应性进化研究提供了新的证据, 同时也为进一步探究冷胁迫下硬骨鱼类 dusp1 的功能奠定了基础。     

稻属植物的基因组进化

水稻所在的稻属(Oryza)共有24个左右的物种。由于野生稻含有大量的优良农艺性状基因, 在水稻遗传学研究中日益受到重视。随着国际稻属基因组计划的开展, 越来越多的稻属基因组序列被测定, 稻属成为进行比较、功能和进化基因组学研究的模式系统。近期开展的一系列研究对稻属不同基因组区段以及全基因组序列的比较分析, 揭示了稻属在基因组大小、基因移动、多倍体进化、常染色质到异染色质的转化以及着丝粒区域的进化等方面的分子机制。转座子的活性以及转座子因非均等重组或非法重组而造成的删除, 对稻属基因组的扩增和收缩具有重要作用。DNA双链断裂修复介导的基因移动, 特别是非同源末端连接, 是稻属基因组非共线性基因形成的主要来源。稻属基因组从常染色质到异染色质的转换过程, 伴随着转座子的大量扩增、基因片段的区段性和串联重复以及从基因组其他位置不断捕获异染色质基因。对稻属不同物种间基因拷贝数、特异基因和重要农艺性状基因的进化等研究, 可揭示稻属不同物种间表型和适应性差异的分子基础, 将加速水稻的育种和改良。     

比较基因组学及其应用

比较基因组学是利用某些基因组图谱和测序获得的信息推测其他生物基因组的基因数目、位置、功能、表达机制和物种进化的学科。比较基因组学的发展与序列数据的积累密切相关,目前该学科已经成为研究生物基因组的最主要手段之一。利用FASTA、BLAST和CLUSTAL W等序列比对工具,种间的比较基因组学能够让人们了解物种间在基因组结构上的差异,发现基因的功能、物种的进化关系,以及进行功能基因的克隆。种内的比较基因组学研究主要涉及个体或群体基因组内诸如SNP、CNP等变异和多态现象。比较基因组学的研究结果不但有助于深入了解生命体的遗传机制,也有助于阐明人类复杂疾病的致病机制,揭示生命的本质规律。     

瓦氏黄颡鱼线粒体全基因组序列分析及系统进化

鲿科鱼类种类繁多, 外形相似, 形态学分类较为困难。为了给鲿科鱼类乃至鲇形目鱼类的系统进化研究积累基础资料, 文章采用参照近缘物种线粒体基因组设计覆盖全基因组引物的方法, 利用16对引物对瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)线粒体全基因组进行扩增, PCR产物转化到质粒后测序, 最终获得线粒体基因组全序列, 其全长为16 527 bp, 包括2个rRNA基因、22个tRNA基因、13个编码蛋白质基因和一个非编码控制区。瓦氏黄颡鱼(P. vachelli)线粒体基因组结构和基因排列顺序与现已公布的鲇形目鱼类完全一致, 序列分析表明, 与鲇形目其他种属间具有较高的同源性, 与拟鲿属的同源性最高(91%)。利用鲇形目共4科6属9种及3个外群的线粒体全基因组序列, 从线粒体基因组水平探讨了鲿科鱼类及其在鲇形目的系统进化地位, 结果表明: 鲿科鱼类的瓦氏黄颡鱼(P. vachelli)、黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)、光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus)及越南拟鲿(Pseudobagrus tokiensis)构成一单系群; 拟鲿属与黄颡鱼属的关系较近; 黄颡鱼属中瓦氏黄颡鱼(P. vachelli)与光泽黄颡鱼(P.nitidus)的关系近于黄颡鱼(P. fulvidraco)。     

基于线粒体基因组的沙蜥高海拔适应研究

高海拔地区的物种容易受到低温、低氧、强紫外辐射等极端环境因素的影响。研究这些物种对特殊环境的应对反应,能够为进一步理解适应进化的机制提供重要线索。线粒体是细胞的能量代谢中心,因此线粒体基因组很可能在动物高原适应中起着重要作用。鬣蜥科Agamidae沙蜥属Phrynocephalus物种广泛分布于海拔1000~5300 m范围内,是研究高原适应的良好材料。本研究对2种高海拔沙蜥和6种低海拔沙蜥的线粒体基因组进行了比较研究,检测了可能经历过正选择的蛋白编码基因,探讨了线粒体基因在沙蜥高海拔适应中的作用。结果发现,在不同物种间,高海拔西藏沙蜥Phrynocephalus theobaldi的线粒体基因组中蛋白编码基因的进化速率最快;在不同基因间,ATP8具有最快的进化速率。使用分支-位点模型进行正选择检测,发现ATP8基因在西藏沙蜥中存在明显的正选择信号(P<0.05,ω>1)。通过贝叶斯方法进一步计算每个位点的后验概率,发现在ATP8基因上存在2个正选择位点。这些结果说明ATP8基因可能在西藏沙蜥高海拔适应中起到了重要的作用。但在同为高海拔的青海沙蜥Phrynocephalus vlangalii中,却没有发现类似的正选择信号,这揭示不同物种高海拔适应的分子机制可能不同。     

基于基因家族大小的比较研究脊椎动物的适应性进化

同源基因家族的拷贝数在不同物种间普遍存在差异,这种差异是由不同的基因得失速率引起。众所周知,基因拷贝数变异是特定物种表型创新的可能原因。本研究选取具有代表性的脊椎动物主要类群并跨约6亿年进化时间的64个物种,鉴定了它们的同源基因家族,揭示了脊椎动物基因家族大小的进化模式。结果表明:在推断的存在于脊椎动物最近共同祖先的6857个基因家族中,有6712个都在至少一个种系中发生了大小的变化,而且基因家族在大多数种系中都是收缩的;其中,霍氏树懒(Choloepus hoffmanni)中有最高的基因家族收缩水平,而在斑马鱼(Danio rerio)中则相反。基于脊椎动物基因家族大小进化的高度动态性,本研究从基因家族大小变化的角度鉴定了一些可能与特定脊椎动物类群进化有关的基因组信号。结果观察到在现存真骨鱼类最近共同祖先基因组中出现了可能因全基因组复制所导致的高比例的基因家族扩增现象,随后在后裔物种中发生基因收缩事件。此外,本研究还发现了硬骨鱼特异性的orphan基因可能对这些鱼类在水生环境中的适应性进化有所贡献的证据,如在有些硬骨鱼中orphan基因与鳍、尾巴、肾脏等发育有关。本研究结果有助于深入了解脊椎动物基因家族大小的进化,同时为理解脊椎动物基因组进化与表型多样性的联系提供了理论证据。     

谱系特有基因研究进展

谱系特有基因(Lineage-specific genes,LSGs)是指在一个谱系中特有并与其他物种谱系所有基因没有明显序列相似性的基因,约为物种基因组全部基因数量的10%~20%,于1996年首次在完成全基因组测序的酵母基因组中大量发现。大规模测序技术的发展使谱系特有基因研究成为比较基因组学的研究热点,已在微生物、海洋低等生物、植物(如拟南芥、水稻、杨树)、昆虫及高等灵长类动物等多个物种或类群中展开,其生物功能对于阐明物种进化历程和生物适应性具有重要意义。文章介绍了谱系特有基因的研究背景和现状,从谱系特有基因获取、基因结构分析、进化起源、生物功能、表达特性分析等方面阐述谱系特有基因的研究进展,分析了存在的问题和后续研究方向,以期为相关研究提供参考。     

延伸因子-1α-A和β-肌动蛋白启动子在青鳉转基因胚胎中的表达(简报)

转基因技术是二十世纪八十年代初发展起来的一项生物领域高新技术。近年来,外源基因经显微注射导入哺乳类、两栖类、昆虫类以及鱼类的受精卵或胚胎,从而使人们对在整个动物的系统发育期间外源基因表达的研究更加深入。与哺乳类、两栖类以及昆虫类相比,鱼作为在脊椎动物进化的低级阶段,更适合在受精卵或胚胎期的显微操作。转基因鱼模型的研究为鱼类基因工程育种奠定了理论基础,基因导人方法的成熟、胚胎干细胞技术的发展以及基因组学理论的应用则为鱼类基因工程育种提供了操作平台。通过对鱼类基因组的定向改造,可以     

国家自然科学基金委员会生命科学部2003年度资助重点科学基金项目一览表

项 目 名称白色念珠菌的致病机理及其与宿主细胞的相互作用}肢端环境下耐辐射球菌的适应机理及DNA修复和抗逆性 新基因的发现监藻在寒冷条件下生存适应的遗传学基础高等1=111.物株型形成的分子调控机理中周珍稀濒危雉类遗传亲缘度及其扩散模式研究小鼠胚胎着床特异性基因的筛选、克隆及功能分析棉铃虫蜕皮级联反应功能基因表达研究南极鱼类的功能基因组研究基于形态、行为和基因的榕小蜂物种身份识别及协同进化 研究昆虫与值物的协同进化:铃夜蛾和跳甲与寄主的互作机制飞蝗对低温肋谴的适应性机理研究内蒙古骢型草原受损生态系统恢复机理…     

鱼类特异的基因组复制及鱼类多样性(英文)

过去的研究认为在脊椎动物的进化历程中曾发生了两次基因组复制.而最近的系统发生学和比较基因组学研究提出辐鳍鱼还发生了第3次基因组复制,即鱼类特异的基因组复制(The fish-specific genome dupli-cation).目前,基因组复制是生物进化研究中的热点问题.硬骨鱼是世界上现存鱼类中最多的一类,由多于现存脊椎动物半数的物种组成,在形态和生理适应类型上表现了明显的差异.硬骨鱼在进化上的成功和惊人的生物多样性可能与它们的基因组复杂性有关.     

《新植物学家》:喀斯特植物基因组研究取得进展

<正>近日,中科院华南植物园科学家在喀斯特植物基因组大小的进化及环境适应研究方面取得重要进展。相关研究在线发表于《新植物学家》杂志上。物种基因组大小的进化包括适应性和非适应性等多种机制,但不同机制在基因组大小进化过程中的重要性却存在争议。报春苣苔属是我国华南喀斯特地区物种多样性异常丰富的特有类群,又由于该属植物具有强烈的生境专化性,因而是一个研究基因组大小进化及环境适应的理想系统。     

《新植物学家》:喀斯特植物基因组研究取得进展

<正>近日,中科院华南植物园科学家在喀斯特植物基因组大小的进化及环境适应研究方面取得重要进展。相关研究在线发表于《新植物学家》杂志上。物种基因组大小的进化包括适应性和非适应性等多种机制,但不同机制在基因组大小进化过程中的重要性却存在争议。报春苣苔属是我国华南喀斯特地区物种多样性异常丰富的特有类群,又由于该属植物具有强烈的生境专化性,因而是一个研究基因组大小进化及环境适应的理想系统。     

类Tc1转座子研究进展

转座子广泛存在于各种生物基因组中,能在染色体不同位点间转座,并在基因组中大量扩增.转座子的活动能引起生物基因组或基因的重组和变异,加速生物多样性及其进化速率,被视为生物基因组进化的内在驱动.转座子分2类：反转座子和DNA转座子.类Tc1转座子是DNA转座子超级家族中种类最多、分布最广的一类.本文简要概述了类Tc1转座子的结构特征,及其扩增、转座和迸发的机制,并展望了其应用和研究方向.     

我国植物种级水平分类学研究刍议

对洪德元先生最近在《生物多样性》(2016年第24卷第3期)发表的《关于提高物种划分合理性的意见》一文中的部分观点进行了进一步阐述。强调我国植物确实还存在大量种级水平的分类学问题有待解决, 我国植物分类学研究在一些重要发展阶段(如系统阶段和物种生物学阶段)上存在明显缺失, 需要弥补。指出分类学发展到今天, 不宜再强调“经典分类学”和“实验分类学”之分, 应采用多学科手段解决分类学问题; 我国应加强植物分类专著水平的研究工作, 注意培养年轻一辈植物分类学专著工作者; 在分类处理中应用居群概念和统计学方法时应特别谨慎; 在系统植物学中接受物种概念的多元性是必要的, 但要向达到广义的生物学种概念努力, 不宜以有所谓的“归并派”和“细分派”之分为借口而完全主观地划分物种。     

裂腹鱼亚科鱼类Hif-α基因的分子进化及低氧诱导表达

目的 探究低氧诱导因子Hif-α在裂腹鱼亚科鱼类适应低氧环境中的作用及表达调控。方法 利用RT-PCR技术获得了裂腹鱼亚科鱼类13个代表物种的Hif-1αΑ、Hif-1αB、Hif-2αΑ和Hif-2αB基因编码区序列,基于裂腹鱼亚科鱼类系统进化关系开展了基因选择压力分析,并选取花斑裸鲤进行低氧诱导表达研究。结果 Hif-1αΑ、Hif-1αB、Hif-2αΑ和Hif-2αB基因编码区长度分别为2196、2325、2544和2511 bp。通过序列比对发现裂腹鱼亚科鱼类HIF1αΑNODD结构域中保守脯氨酸羟基化基序LxxLAP发生缺失,特化及高度特化的裂腹鱼的HIF1αBCODD结构域中脯氨酸羟基化基序突变为PxxLAP。与常氧组相比,在重度缺氧条件下花斑裸鲤的脑和心脏组织中部分Hif-α基因表达量显著下降,在中度低氧中心脏组织中的Hif-1αA和Hif-2αA基因表达量上调。结论 Hif-α基因在13个物种中受到正向选择作用,但具体物种分支有待进一步研究,同时裂腹鱼亚科鱼类在适应慢性低氧和急性低氧环境可能存在两种不同的表达调控机制。     

重伞灵芝线粒体基因组在灵芝种间鉴定中的应用

线粒体是“动力工厂”,能够进行氧化代谢实现能量的转化,参与三羧酸循环形成ATP。随着分子生物学和生物信息学技术的发展,担子菌灵芝属中已有几种灵芝的线粒体基因组被相继报道,但尚未有对重伞灵芝线粒体基因组的报道。本研究通过对重伞灵芝YX线粒体基因组进行组装注释,比较分析了与其他灵芝属物种的差异,根据差异序列构建分子标记对重伞灵芝菌株快速鉴定。结果显示重伞灵芝线粒体基因组大小为67 340bp的闭合环形结构,含有15个普通蛋白编码基因,28个tRNA基因,以及rRNA的大小亚基基因。共5个基因含有12个内含子,主要为IB型,部分为ID型,包含LAGLIDADG_1 superfamily、GIY-YIG_Cterm superfamily保守结构域。根据重伞灵芝线粒体cox2基因设计的特异性引物扩增结果显示：4株重伞灵芝的cox2基因片段均可准确扩增,且扩增不出其他灵芝物种的cox2基因片段。基于各灵芝菌株线粒体cox2基因序列构建系统进化树,可以将4株重伞灵芝归在同一分支上,并且同源性为98%,与ITS鉴定结果一致。可见,基于线粒体基因cox2特异性引物可以快速地对重伞灵芝进行鉴定,且只需通过观察扩增条带的有无,无需测序,省时省力。     

为什么在物种概念上难以达成共识?

生物学家通常认为物种是生命多样性的基本单位。然而, 尽管近一个世纪以来生物学家们不断地讨论物种概念问题, 但到目前为止仍然难以形成共识。大多数生物学家关注如何定义物种主要是因为它有非常重要的实践意义, 所以, 不同学者提出的物种概念在很大程度上是基于实践应用上的可操作性, 并且其视角难免受其专业见地以及对形成新物种的进化过程的认识所影响。物种代表了进化过程的一个阶段, 而且不同的“物种”可能处于物种形成这个进化过程的不同阶段。鉴于“定义”实际上是一种类似协议的约定或界定, 任何定义都是一种带有局限性的概括, 因此我们可能很难建立一个与分类实践中千变万化的情况都能完全匹配协调的物种定义。已经提出来的那些物种概念或定义都有其合理性, 但是也没有一个是完美无缺的。认识到这一点很重要, 否则就可能会因为固执地坚持某一特定的物种概念而在物种界定和进化研究中自觉或不自觉地引入错误甚至制造混乱。