系统发育基因组学研究进展

系统发育基因组学是利用全基因组数据构建系统发育树的新领域。全基因组数据能有效消除横向基因转移和类群间基因进化速率差异等因素对系统发育树的影响。根据所使用的全基因组数据的类型, 可以将系统发育基因组学方法分为以下5类：多基因联合建树方法, 基于基因含量的方法, 基于基因排列信息的方法, 基于序列短串含量特征信息的方法及基于代谢途径的方法。文章系统地总结了每一类方法的原理、速度、准确性、适用范围及在各个生物类群中的应用, 并对系统发育基因组学的前景及面临的挑战进行了概述。     

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。     

原核生物eno基因在系统进化中应用及水平转移分析

多基因系统发育研究方法是系统发育分析中的一个重要手段,基因树冲突已成为分子系统发育研究中日益突出的问题。烯醇化酶基因(eno)及其编码的蛋白广泛存在于五界系统中,烯醇化酶为糖酵解途径中重要酶类。文章选取原核生物已注释的eno基因序列进行了系统发育分析。对其中的138个模式菌株的eno基因序列进行系统发育分析和同源性搜索,发现19个模式菌株的eno基因是通过水平转移而来;并通过核苷酸组成、密码子偏好性和基因排列等基因特征分析,进一步验证了水平转移基因的外源性。结果表明:原核生物eno序列具有较高保守性,其大小适中,是研究原核生物系统发育的良好材料。文章在对基因水平转移的供体和受体菌株生活习性、进化历史以及烯醇化酶的结构和功能的研究过程中提供重要参考价值。     

分子系统发育树构建的简易方法

以系统发育树构建的原有距离方法为基础,吸取了NJ法和FM法中的部分理论,提出了以节点引入为手段的新的简易方法,通过该方法构建了分子系统发育树,结果表明这种方法更加快捷,而且所得结果与FM法完全一致。     

DNA在鸟类分子系统发育研究中的应用

鸟类分子系统发育研究中常用的DNA技术有DNA杂交、RFLP和DNA序列分析等。DNA杂交技术曾在鸟类中有过大规模的应用,并由此诞生了一套新的鸟类分类系统。在鸟类的RFLP分析中,用的最多的靶序列是线粒体DNA。DNA序列分析技术被认为是进行分子系统发育研究最有效、最可靠的方法。在DNA序列分析中,线粒体基因应用最广泛,但由于其自身的一些不足,近年来,不少学者把目光投向了核基因,将线粒体基因和核基因结合起来进行系统发育研究。目前在鸟类分子系统发育中,应用较多的核基因是scnDNA,其内含子可以用于中等阶元水平的系统研究,而外显子主要用于高等阶元的系统研究。除了分子标记自身的问题之外,鸟类分子系统发育研究中还存在着方法上的问题,包括分子标记的选择,样本数量以及数据处理等。今后鸟类分子系统发育研究应该更加注重方法的标准化。     

完全树构建中的关键领域:rRNA 序列与超级树

20年来,分子系统学在理论和实践方面都有飞速的发展.随着可用分子标记和所涉及阶元数量的增多和范围的扩大,以及计算能力的进步,人们对完全树(universal tree)将地球上所有物种囊括在内、描述其间的亲缘关系的系统发育树的憧憬正在逐步成为现实.由于rDNA/rRNA是惟一作为所有细胞生命形式所共有的分子标记,其在构建完全树的过程中具有不可替代的作用.近5年,超级树(supertree)的技术逐步完善,已经在若干类群中有良好的应用,形成了系统发育与进化生物学领域的研究前沿之一,为最终获得完全树奠定了坚实的基础.     

幽门螺杆菌vacA和cagA基因全长分子系统发育分析

文章从GenBank中下载所有含有vacA和cagA基因的H.pylori菌株的VacA和CagA全长氨基酸序列,利用ClastalX 2.0和MEGA 5.05软件构建VacA和CagA分子系统发育树,探讨两基因之间的分子系统发育关系和不同聚类群的临床感染结果与基因型特征。结果显示,VacA和CagA具有高度相似的分子系统发育树,并且所有H.pylori菌株在系统发育树中具有相同的分布特点,分别聚类为东亚株群1、2和西方株群3个聚类群。其中东亚株群1患萎缩性胃炎比例较高,vacA基因型以s1c/m1b和s1a/m1b为主,cagA基因型以EPIYA-ABD为主;东亚株群2患十二指肠溃疡的比例较高,vacA基因型以s1c/m2和s1a/m2为主,cagA基因型以EPIYA-AB’C为主;西方株群患十二指肠溃疡和胃炎的比例相当,萎缩性胃炎比例较低,vacA基因型以s1a/m1a和s1b/m1a为主,cagA基因型以EPIYA-AB/B’CC为主。这些结果说明,vacA和cagA基因可能具有共进化的遗传关系;东亚株群1、2和西方株群分别具有不同的vacA和cagA基因亚型,这可能与其临床感染结果密切相关,因此,在进行H.pylori相关性疾病分析时,有必要结合vacA和cagA基因型的亚型做深入分析。     

生命之树及其应用

生命之树的概念由达尔文在1859年提出, 用以反映分类群的亲缘关系和进化历史。近30年来, 随着建树性状种类的多样化、数据量的快速增长以及建树方法的不断发展和完善, 生命之树的规模越来越大, 可信度也越来越高。分子生物学、生态学、基因组学、生物信息学及计算机科学等的快速发展, 使得生命之树成为开展学科间交叉研究的桥梁, 其用途日益广泛。本文综述了生命之树研究的历史和现状, 介绍了生命之树在以下几个方面的应用: (1)通过构建不同尺度的生命之树, 理解生物类群间的系统发育关系; (2)通过时间估算和地理分布区重建, 推测现存生物的起源和地理分布格局及其成因; (3)基于时间树, 结合生态、环境因子及关键创新性状, 探讨生物的多样化进程和成因; (4)揭示生物多样性的来源和格局, 预测生物多样性动态变化, 并提出相应的保护策略。最后, 本文评估了生命之树在目前海量数据情况下遇到的序列比对困难、基因树冲突、“流浪类群”干扰等建树难题, 并指出了构建“超大树”的发展趋势。     

共同祖先原则和系统发育树的解读

系统发育树是基于共同祖先原则,用于描述生物传代谱系的常用表达方式.可以直观地表达分类群(物种或基因)之间的亲缘关系和进化方向,但这两方面在生物学研究和教学中却常常被误读.通过具体实例,阐释了如何应用共同祖先原则正确解读系统发育树的方法.     

植物生命之树重建的现状、问题和对策建议

生命之树的概念源自1859年达尔文的《物种起源》, 但利用分子数据重建植物生命之树的研究则在20世纪90年代才开始兴起。近年来, 随着测序技术、分析方法和计算能力的快速发展, 植物生命之树重建研究取得了显著成果。本文首先概述了当前以及未来很长一段时间内植物生命之树重建工作的重点, 包括植物属级和种级水平的系统发育研究、植物系统发育基因组学研究、分子和形态数据联合分析、包括灭绝与现存植物类群的生命之树重建, 以及超大植物生命之树重建等5个方面; 然后简要概括国内植物生命之树重建研究的现状, 指出了我国在植物生命之树重建领域发展中所存在的问题, 并从“类群研究体系、学科评价体系、国家顶层设计, 以及拓展国际合作”等方面对学科未来的发展提出了一些对策建议。