鱼类线粒体DNA及其研究进展

鱼类是脊椎动物中最原始而在种属数量上又最占优势的类群,其起源复杂,分布广泛,拥有丰富的遗传多样性。鱼类线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)同其他脊椎动物的mtRNA一样,呈共价闭合环状,是细胞核外具自主复制、转录和翻译能力的遗传因子。与核DNA相比,鱼类mtDNA具有分子较小、结构简单、进化速度快、遗传相对独立性和母系遗传等特点,是一个相对独立的复制单位。由于鱼类线粒体DNA具有上述特点,以mtDNA作为分子标记,探讨鱼类的群体遗传结构与系统演化,已成为鱼类分子群体遗传学和系统学研究中的热点。综述了鱼类mtDNA的结构特征、进化和多态性检测方法及其在鱼类分子群体遗传学和鱼类系统学研究中的应用。     

进化发育生物学--发育、进化和遗传的再联合

发育生物学和进化生物学,以及遗传学历史上曾一度是彼此不分的统一体,后来由于各自研究重点的不同和相应研究手段的独立发展彼此分道扬镳了。如今,由于分子遗传学研究手段的革新使得基因序列测定成为分析发育机理、区分物种和评估种间亲缘关系的常规手段,三者又在基因水平上再度统一起来了,并形成一门被称为进化发育生物学（ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ ｂｉｏｌｏｇｙ）的新学科。     

每期10题

1.某生物体的体细胞中,有10对同源染色体。生殖细胞里的DNA,总计约有7×10~9个脱氧核苷酸对。假设:每个基因中平均含有脱氧核苷酸1.4×10~4个。 (1)该生物的生殖细胞中,平均每个染色体上最多含有的基因数目是()。 (2)该生物的体细胞中,全部DNA共有碱基或脱氧核糖的数目是()。 A.5×10~4;B.1×10~5; C.1.4×10~(10); D.2.8×10~(10)。 2.某DNA分子有1000个碱基对,其中有600个腺嘌呤,连续复制两次,参与复制的游离的胞嘧啶脱氧核苷酸有()。     

马鹿线粒体DNA研究新进展

线粒体DNA作为理想的分子遗传标记被广泛应用于马鹿进化生物学、种群遗传学和保护生物学的研究.该文阐述了mtDNA在马鹿中的研究进展,重点介绍马鹿mtDNA序列的研究概况及其多态性在马鹿物种识别、起源和进化、地理分化、遗传多样性和保护管理等方面的应用情况.     

蚕类昆虫线粒体DNA研究及其在起源与进化研究中的应用

线粒体DNA(mtDNA)属母系遗传,进化速率较核基因快且基因组结构相对简单,已作为理想的分子标记广泛应用于昆虫群体遗传学及分子系统学等研究。本文对蚕类昆虫线粒体DNA在分子水平上的最新研究进展进行了较详细的阐述,重点介绍了蚕类昆虫线粒体基因组的组成及特征、mtDNA克隆与多态性及在蚕类昆虫分子系统学研究中的应用等。     

应用PRINS技术定位黄鳝Hox基因的研究

Hox基因是近年来发现的支持基因组复制进化理论的最有力的证据。该研究应用引物原位延伸 (PRINS)技术 ,在黄鳝有丝分裂染色体标本上开展Hox基因的定位研究。研究结果表明 ,在黄鳝染色体组中可能存在有 6个Hox基因簇 ,这些基因簇分别位于黄鳝第 1、2、3、6、8和 10号染色体 ,相对着丝粒距离分别为 2 8 2 4± 2 88、4 5 5±1 39、13 89± 2 0 3、74 32± 1.86、38 0 3± 2 .4 1和 5 8 18± 2 0 5。该研究定位黄鳝Hox基因将有助于挖掘黄鳝染色体的来源和进化特征 ,并为基因组复制进化理论提供黄鳝这一特化物种的细胞遗传学证据。     

用DNA过量核酸分子杂交法对大鼠肝和大鼠肝癌细胞核RNA的比较研究

用DNA过量核酸分子杂交法观察到,大鼠肝癌细胞中重复频率在10~4以上的Poly(A)-核RNA的频率和种类,均比大鼠正常肝细胞有所增加。大鼠肝癌细胞中重复频率在1—4×10~2的Poly(A)-核RNA和Poly(A)~+核RNA的重复频率,比大鼠正常肝细胞减少,而RNA种类则增加。大鼠肝癌细胞中,接近单拷贝的Poly(A)-核RNA和Poly(A)~+核RNA,其频率比大鼠正常肝细胞略有增加,而种类则减少。用总细胞核RNA得类似结果。     

中国特有金钱槭属植物物种分化研究

金钱槭属(Dipteronia Oliv.)隶属于槭树科(Aceraceae),是北温带植物区系中古老、残遗的木本属之一,为中国特有属,属下仅包括金钱槭(D.sinensis Oliv.)和云南金钱槭(D.dyerana Henry)2个物种。本实验从形态学、分子遗传学及基因序列分析等方面对金钱槭(D.sinensis Oliv.)和云南金钱槭(D.dyerana Henry)进行对比研究,探讨其物种间分化程度。结果表明:(1)形态学研究显示两物种形态性状存在显著差异,表明其在形态上发生了显著分化;(2)基因组DNA的AFLP标记分析表明,两物种间存在极显著遗传分化(ΦST=0.390 4),在物种水平及群体水平,两物种遗传多样性及遗传变异水平皆有明显差异(金钱槭云南金钱槭);(3)从GenBank数据库中选出2物种已知的叶绿体基因(psbM-trnD、trnD-trnT、trnL、trnL-trnF、rpl16)和核基因ITS(ITS1、5.8SRNA、ITS2)进行序列进化比对分析,t-test检验表明,2物种叶绿体基因序列间有极显著差异。研究结果表明:金钱槭和云南金钱槭两物种间产生了极显著的分化,推测可能由于长期的地理隔离所致。     

ras基因产物p^21的分子进化和癌变机理探讨

作者收集了人、果蝇、酵母、粘菌和病毒的10种P21氨基酸全顺序,运用AADIS和UPGMA两程序并结合进一步的数据分析揭示:①就协同进化来说,ras基因每年每基因平均重复率为2.78×10~(-9),这或许系迄今报道的最低速率保持者;②ras基因每年每氨基酸替代率为2.23×10~(-10),这在进化上是相当保守的。数据分析进一步证实的实验结果还有:①v-Has和v-Kis分别来自c-H-ras1和c-K-ras2;②c-H-ras1、c-K-ras2和c-N-ras由一个共同的祖先基因演化而来。根据Fitch等的观点,我们在此特别提出了p21的不变子/共变子转化假说,从分子进化角度对P21在癌变中的作用作出可能的解释。     

线粒体假基因用作分子化石推算两个榕小蜂姐妹种的分化时间（英文）

线粒体假基因(nuclear mitochondrial pseudogenes, NUMTs)是指由生物体的线粒体基因组转移至核基因组内的DNA片段。由于其独立进化的特点, NUMTs在用于系统发育分析时是一把双刃剑。我们用基于PCR扩增的方法研究了对叶榕Ficus hispida上两姐妹种榕小蜂Philotrypesis pilosa和Philotrypesis sp.中起源于线粒体Nad1 12S片段的NUMTs。该两姐妹种榕小蜂由同域物种形成过程产生, 它们生活在同一生态环境里（即同一榕果内）, 因此可以用作很好的模型来研究在相同生态环境里物种的行为学及遗传学细微差异的进化。这些深入研究都依赖于对两个物种分化时间的正确估算。通过对所获取的NUMTs进行进化分析, 我们发现： 1）这些NUMTs都是最近引入核基因组事件; 2）NUMTs引入事件发生在物种分化之前。由于这些NUMTs引入核内时间尚短, 其碱基替换速率与线粒体基因相似, 而节肢动物线粒体基因的平均碱基替换速率约为2.3×10^-8 替换/位点·年。根据这些进化历史特征可帮助我们将这两个姐妹种榕小蜂的分化时间追溯至0.40-0.48百万年以前。结果提示, 一些线粒体假基因可以很好的用作分子化石来推断一些重要进化事件如物种形成。     

关于密点麻蜥与荒漠麻蜥遗传距离小而形态学差异大的思考

密点麻蜥和荒漠麻蜥亲缘关系很近,且遗传距离非常小,然而在形态学上密点麻蜥又与荒漠麻蜥截然不同。从微观角度阐述出现这种情况的原因可能是mtDNA基因渗透或者不完全谱系分拣。为物种间基因渗透提供理论依据,也为物种进化的研究提供参考。     

基于比较基因组学方法揭示十字花科古老杂交事件

杂交是物种进化动力的源泉之一,它有助于快速积累遗传变异,增强群体的遗传多样性,促进新物种的产生,因此在不同物种类群中识别古老和近期的杂交现象具有重要意义。杂交事件的识别方法可以采用多种特征,包括传统的遗传表型、代谢产物、染色体数目,以及群体遗传学和系统发育基因组学提供的基因水平的分子表型。本研究通过选取28个十字花科物种及两个外类群物种作为研究材料,采用比较基因组学和系统发育基因组学研究手段,在叶绿体和核基因两个方向上联合分子表型信息鉴定十字花科内的杂交事件。结果表明:1、以单基因树映射物种树的结果为依据,十字花科物种主要分为两类:其一,姐妹类群分布相对集中、以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为代表;其二,姐妹类群分布相对分散暗示基因存在多种来源,以诚实花(Lunaria annua)为代表。2、进一步通过叶绿体和核基因的系统发育关系对比法分析,我们认为诚实花可能是一个新的杂交物种,其39.1%的基因与父本来源的C类群基因关系最近;38.5%的基因与C类群以外类群的基因最近,特别是来自B、C结合类群共同祖先的10号节点(占比3%)支持其作为诚实花的母本来源。3、通过对父母关键进化节点的功能富集分析,发现父本主要富集在生物降解、次级代谢产物、RNA调控等途径上,表明其可能通过RNA调控生物降解、次级代谢过程以适应胁迫环境;母本主要富集在代谢途径上,尤其是碳水化合物、核酸代谢等方面,表明其可能通过增强自身代谢获取相对竞争优势。     

一种改进的鱼类线粒体DNA的快速制备方法

线粒体DNA(mitOChondrialDNA:mtDNA)是双链环状核外遗传物质,以其分子量小,易于分离,突变率高,进化速度快和母系遗传等特性,已广泛应用于分类学,种系鉴定,种群遗传学,系统发育和进化研究.       

家蚕丝心蛋白H链基因的荧光原位杂交(FISH)

蚕丝业在国民经济中占有极为重要的地位. 家蚕作为重要的模式生物和生物反应器, 历来为人们所关注. 有关蚕丝基因的结构、表达调控和分子进化都已有较详细的研究和报道, 但关于蚕丝结构基因的分子细胞遗传学基因定位的研究, 几乎尚无报道. 经用荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization, FISH)对家蚕丝心蛋白H链基因(Fib-H)的分子细胞遗传学定位研究结果, 初步将家蚕丝心蛋白H链基因定位在了分子细胞遗传学第25连锁群染色体的端部, 即25~0.0的位置, 从而解决了该基因迄今尚未定位的问题, 并证实了丝心蛋白H链基因在染色体位置上为单一座位.     

西太平洋沿海石斑鱼属鱼类DNA条形码及分子系统进化研究

研究测定了分布于西太平洋沿海的35种石斑鱼属鱼类共142个个体线粒体基因COⅠ及核基因TMO-4C4标记序列, 基于最大似然法与贝叶斯法构建分析了石斑鱼类分子系统进化关系。同时, 探讨了COⅠ基因作为DNA条形码在石斑鱼属鱼类物种鉴定中的有效性问题。结果显示: 35种石斑鱼属鱼类COⅠ同源序列为636 bp, 编码212个氨基酸, TMO-4C4同源序列为486 bp, 编码162个氨基酸, 在COⅠ基因中, 种间遗传距离在0.030—0.202, 平均遗传距离为0.143, 物种间遗传距离均大于Hebert 推荐的物种鉴定最小种间遗传距离0.020(2%)。种内遗传距离0.000—0.008, 平均遗传距离为0.003, 种间平均遗传距离是种内平均遗传距离的48倍, 显著大于种内平均遗传距离, 表明COⅠ基因可作为石斑鱼属物种鉴定的有效条形码基因。基于COⅠ及TMO-4C4构建的系统进化树上, 35种石斑鱼主要形成2个主要类群, 类群Ⅰ由细点石斑鱼(Epinephelus cyanopodus)和蓝棕石斑鱼(Epinephelus multinotatus)等22种石斑鱼聚成, 类群Ⅱ由吊桥石斑鱼(Epinephelus morrhua)和小点石斑鱼(Epinephelus epistictus)等13种石斑鱼组成。部分存在同种异名争议的种类如云纹石斑鱼(Epinephelus moara)/褐石斑鱼(Epinephelus bruneus)和斜带石斑鱼(Epinephelus coioides)/马拉巴石斑鱼(Epinephelus malabaricus)经COⅠ及TMO-4C4序列差异及进化分析, 均存在较大的遗传分化。结果支持近期的分类研究, 云纹石斑鱼/褐石斑鱼和斜带石斑鱼/马拉巴石斑鱼均为独立的物种, 并非同种异名的分类。     

不仅仅是遗传多样性:植物保护遗传学进展

保护遗传学研究的是影响物种灭绝的遗传因素以及濒危物种的遗传管理, 以降低物种的灭绝风险。本文从遗传多样性本身及其对生态系统的影响两个方面介绍了植物保护遗传学的最新进展。根据遗传标记的功能, 保护遗传学研究可分为选择中性遗传变异研究和适应性遗传变异两个方面。对于目前主要采用的选择中性遗传标记研究, 本文着重介绍了以下方面的最新进展: (1)利用遗传标记进行个体、物种或遗传单元的鉴定, 从而有效地设计保护策略, 避免在迁地保护中混淆物种, 提高保护效率; (2)应重视由于物种自身生殖、扩散等原因造成的隐性瓶颈效应。由于选择中性遗传标记并不能准确反映物种的适应性遗传基础, 从适应性遗传变异角度研究濒危物种的进化潜力已成为保护遗传学的研究前沿。大部分相关研究还集中在利用基因组扫描检测受选择的位点, 而对功能基因的适应性研究还比较少。景观遗传学旨在解释景观和生境影响下的种群间基因流和遗传多样性格局, 这方面研究将会促进我们更多了解种群基因流的地理限制因子和不同景观基质下的种群遗传差异。遗传多样性作为物种的一种属性亦可在一定程度上反馈, 并影响生态系统。这提示我们不仅仅是濒危物种, 常见物种的遗传多样性及其保护亦很重要。最后, 我们从4个方面对保护遗传学研究进行了展望, 包括应加强将生态系统各环节联系起来研究遗传多样性, 在技术手段上利用多态性更丰富的分子标记, 同时强调了对常见物种保护遗传学研究的重要性, 并初步分析了我国保护遗传学研究与国际水平的差距, 建议加强种群遗传学和进化生物学基础理论的学习。     

家蚕后部丝腺线粒体DNA的制备

本文首次报道了制备家蚕,五龄初期幼虫后部丝腺线粒体DNA的结果。后丝腺匀浆后,以600g和15,000g差速离心,得到完整离体线粒体。在高渗条件下,以牛胰 DNase Ⅱ处理污染的核DNA。碱性SDS裂解线粒体后,经RNase处理,并通过Sepharose 2B凝胶柱分部,便得到可供电镜分析与限制性内切酶消化的线粒体DNA制品。初步结果表明,家蚕后丝腺mtDNA为环状分子。分子量较大,约为11×10~6d的2倍、3倍和4倍。每条丝腺约含0.5微克。每个线粒体约含3×10~(-3)微克,大概有2—4个拷贝。     

两种模式生物核小体定位比较研究

在对两种模式生物酵母与果蝇胚胎期核小体定位进行研究时,发现不同物种间以及同一物种中不同表达模式基因上的核小体分布呈现出差显著异性。在总体上,转录起始位点附近的酵母核小体NFR区域比果蝇的NFR短。经基因中心对齐后,酵母与果蝇胚胎期沉默型基因的核小体缺失区域的两个边界中间处共同呈现了一个明确有着均匀间隔的核小体数n,且随着基因长度L的变长其周期性特性逐渐变模糊,但果蝇的图谱表现的更为复杂。结果表明,从单细胞酵母生物到多细胞果蝇生物间基因组的进化过程中,核小体组织的演化既有变异性,也具有保守性。     

象甲科线粒体基因组特征及系统发育分析

昆虫线粒体基因组广泛应用于系统发育关系的重新建立、分子进化、谱系地理学及物种诊断等领域。为揭示象甲科昆虫线粒体全基因组序列的主要结构特征,探究其系统发育相关信息,为进化遗传学研究和分子标记选取等提供参考依据,本研究利用比较基因组学和生物信息学方法,对NCBI上已公布的35种象甲科物种线粒体全基因组序列进行了分析。结果显示:(1)象甲科tRNA基因存在排序及数目异常情况,不同物种中蛋白质编码基因和2种rRNAs排列相同,线粒体全基因组具有明显AT偏向;(2)COX1、ATP6、ND5、ND4、ND4L和ND1基因除标准三联密码子外,还存在特殊的起始密码子AAT、TTG和GTG;(3)13种蛋白质编码基因的进化速率顺序为COX3ATP8ND2ND5ND1ND4ND6ND4LND3ATP6CytbCOX1COX2;(4)13个蛋白编码基因和rRNAs基因中,ND5、rrnL、ND4和ND2基因变异位点数较高,可作为备选的分子标记;(5)各亚科的系统发育关系可能为(((小蠹亚科Scolytinae+长小蠹亚科Platypodinae)+(隐喙象亚科Cryptorhynchinae+魔喙象亚科Molytinae+象虫亚科Curculioninae)+((孢喙象亚科Cyclominae+粗喙象亚科Entiminae)+(隐颏象亚科Dryophthorinae+长小蠹亚科))),为象甲科的系统发育分析有提供参考。     

鱼类远缘杂交正反交杂种胚胎发育差异的细胞遗传学分析

本文报道了鲤(Cyprinus carpio)×鲢(Hypophthalmichthys molitrix)、鲫(Carassiusauratus)×鲢、白鲫(Carassius auratus cuvieri)×鲢和鲢×鲤、鲢×鲫、鲢×白鲫的正反交试验。在鲤×鲢、鲫×鲢和白鲫×鲢3个正交组中,胚胎发育基本正常,尽管孵出的鱼苗绝大多数生命力弱,但孵化率都在50％左右;而在鲢×鲤、鲢×鲫和鲢×白鲫3个反交组中,胚胎发育均为畸形,不能孵化出苗。 胚胎发育细胞遗传学分析表明,鲤×鲢、鲫×鲢和白鲫×鲢的杂种胚胎几乎都是整倍体,而鲢×鲤、鲢×鲫×鲢×白鲫的杂种胚胎基本上是非整倍体,染色体数变化较大。这些正反交杂种胚胎发育的显著差异可能与其亲本物种间的基因组大小有关。文中还分析讨论了这些正反交差异与天然多倍体物种以及胚胎发育速度的相关性,认为天然多倍体物种可能具有一些不同于普通二倍体物种协调外源基因组的能力。