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<正>Science|杂交物种形成导致金丝猴属的物种与表型多样性演化关于物种与表型多样性演化的分子机制一直都是进化生物学领域的核心命题。杂交物种形成，即两个近缘物种通过杂交而导致一个或多个新物种和新表型快速产生的过程，已被认为是植物、昆虫、鱼类以及鸟类中适应性辐射类群快速形成的重要机制。然而哺乳动物中的杂交物形成事件及其分子机制却鲜有报道。     

全球变暖引起的物候不匹配及生物的适应机制

全球变暖引起的物候变化已在全球范围内广泛发生,不同物种响应气候变暖的方向和强度存在差异,因此物候变化导致了物种间的物候不匹配。物候不匹配打破了物种间在长期进化中形成的种间关系,导致许多物种的种群数量及分布受到严重影响。本文介绍了物种间捕食、共生、寄生、竞争关系受物候不匹配的影响以及生物的适应机制,提出应从生物的行为调整及微进化机制等方面更深入研究生物对物候不匹配的适应性,还要对物候不匹配所造成的连锁生态效应进行模型预测与评估,从而更深入了解物候不匹配对生态系统的综合生态效应。     

口蹄疫病毒遗传进化研究进展

口蹄疫病毒以"准种"状态生存和演变,具有群体庞大、复制突变率高、繁殖周期短等特征,是研究物种进化的最好模型之一。利用突变、遗传漂移、重组和基因迁移等多种机制以及在环境压力的作用下,口蹄疫病毒不断发生适应性进化,种群衍变分化导致其宿主嗜性、毒力、抗原性等表型出现差异,形成了具有明显区域特征的变异株系,展现出丰富的遗传多样性。现对口蹄疫病毒进化的源动力、进化方式及其结果进行综述,并对进化所产生的生物学效应进行介绍。     

植物边缘种群遗传多样性研究进展

边缘种群指地理分布边缘可检测到的一定数量的同种个体集合, 准确评价其遗传多样性对于理解第四纪冰期后气候变化对物种边缘扩展或收缩、遗传资源保护与利用以及物种形成等有重要意义。该文探讨了维持植物边缘种群遗传多样性的进化机制, 分析交配系统对物种边缘及其遗传多样性的影响, 比较了边缘与中心种群遗传多样性的差异及其形成的生态与进化过程, 并探讨了边缘种群遗传多样性与其所在的群落物种多样性的关系及理论基础。该文提出今后研究的重点是应用全基因组序列或转录组基因序列研究前缘-后缘种群之间或边缘-中心种群之间的适应性差异, 边缘种群与所在群落其他物种之间相互作用的分子机制, 深入解析边缘种群对环境的适应及边缘种群遗传多样性与群落物种多样性关系的生态与进化过程。     

禺毛茛复合体及其近缘种多倍体分析

利用细胞学及系统进化方法,分析了禺毛茛复合体及其近缘种的多倍体现象,以及多倍体对植物物种形成、形态、生态及生理等方面的影响。结果表明:禺毛茛复合体及其近缘种的多倍体现象突出,多倍体在形态上更为粗壮、生态分布上范围更大、生理上由于基因组的相容性水平提高而使得植株的适应性及抗逆性增强。     

拟南芥及其近缘种的适应性进化研究

植物如何适应环境变化从而生存繁衍,即适应性进化,是一个自达尔文时代起就备受关注的生物学核心科学问题.随着测序技术的快速发展,植物中各个主要类群均有物种完成了全基因组测序,并且每个物种里有许多样品完成了重测序.除了基因组外,不同维度的组学数据也得到解析,如转录组、甲基化组、小RNA组及蛋白质组等.海量的多维组学数据极大地促进了适应性进化的研究,基于多维组学数据来研究植物适应性进化的过程及机制已成为植物学研究的一个重要领域.十字花科的拟南芥是植物遗传学及分子生物学研究的模式物种,所有的研究结果及各种资源和数据使拟南芥及其近缘种也成为研究进化生物学问题的模式体系.因此,本文综述了围绕拟南芥及其近缘种近年来在植物适应性进化方面取得的重要进展,并在此基础上探讨该领域仍亟待解决的核心科学问题及未来的研究方向.     

翼手目(蝙蝠)适应性进化分子机制的研究进展

作为哺乳动物第二大目的翼手目(Chiroptera;俗称蝙蝠)在飞行能力、回声定位与听觉系统、食性、冬眠、免疫防御等诸多方面表现出显著而独特的适应性进化,是研究生物对环境适应性进化分子机制的热点模型之一。文章综述了翼手目适应性进化分子机制的研究进展,特别是近年来在基因组水平上开展的相关研究,显示出更为复杂的分子进化模式和功能分化。随着越来越多的翼手目物种基因组数据的产生,将有望揭示新的进化机制,并为后续的功能实验奠定基础,促进人们对翼手目这一类群的认识和了解,同时也为系统认识动物适应性进化分子机制做出贡献。     

植物边缘种群遗传多样性研究进展

边缘种群指地理分布边缘可检测到的一定数量的同种个体集合,准确评价其遗传多样性对于理解第四纪冰期后气候变化对物种边缘扩展或收缩、遗传资源保护与利用以及物种形成等有重要意义。该文探讨了维持植物边缘种群遗传多样性的进化机制,分析交配系统对物种边缘及其遗传多样性的影响,比较了边缘与中心种群遗传多样性的差异及其形成的生态与进化过程,并探讨了边缘种群遗传多样性与其所在的群落物种多样性的关系及理论基础。该文提出今后研究的重点是应用全基因组序列或转录组基因序列研究前缘-后缘种群之间或边缘-中心种群之间的适应性差异,边缘种群与所在群落其他物种之间相互作用的分子机制,深入解析边缘种群对环境的适应及边缘种群遗传多样性与群落物种多样性关系的生态与进化过程。     

植物局部适应性的研究进展

物种在空间异质性环境中容易受到不同的选择压力;如果本地基因型的适合度高于外来基因型,将导致局部适应性的产生。局部适应性强度是由自然选择、基因流以及其它进化力量的相互平衡决定的。局部适应性对于物种能否在快速变化的环境中长期生存非常关键。因此,在全球气候变化背景下,有关局部适应性的研究已逐渐成为进化生物学领域的研究前沿。本文从概念的提出与发展、成因、相关遗传基础及主要研究方法等方面对植物局部适应性这一生物学问题进行综述,探讨了目前主要的研究进展和存在的问题,展望了未来的研究前景,以加深对植物局部适应性及其遗传基础的全面认识与深刻理解。     

酵母模型揭示胁迫因子驱动基因组变异的研究进展

基因组变异是遗传疾病发生和物种演化的分子基础，这个过程受到细胞内外源理化因子的共同作用。模式生物酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）基因组小且易于开展分子遗传操作，在探究基因组变异进化调控机制的相关研究中应用广泛。本文总结了酵母模型中典型的DNA变异检测遗传体系，包括利用报告基因检测DNA突变率和红白扇形菌落筛选染色体重组子等；讨论了高通量测序技术在检测自发性和胁迫因子诱导基因组变异中的应用；综述了运用酵母模型揭示温度波动、氧化压力、抗肿瘤药物、金属离子和辐射等胁迫因子对基因组稳定性的影响及遗传机制的研究进展。酵母在多种胁迫条件下均会发生适应性进化现象，特定的染色体结构变异是适应性背后的重要遗传机制之一。在酵母中结合遗传筛选体系和高通量分析手段阐释细胞胁迫因子与基因组变异的关联机制，可为全面理解生物基因组不稳定机理和物种进化规律提供新的视角。     

海洋岛屿生物多样性保育研究进展

海洋岛屿生态系统因具有明显的海域地理隔离而区别于陆地生态系统,被誉为生物地理与进化生态学研究的"天然实验室".陆地或其它邻近岛屿的种源物种迁移到新的岛屿后,经历地理隔离、特征置换或适应辐射等一系列的岛屿进化过程,形成与种源物种具有显著遗传差异的岛屿特有种.岛屿在小面积范围内分化形成大量的特有种,是岛屿生物多样性最为重要的特点之一.但是,岛屿种群由于分布范围局限、生境脆弱且种群规模较小,岛屿种群较陆地种群具有更高的灭绝风险.本文通过对海洋岛屿物种的起源与演化、遗传结构以及岛屿物种的濒危与保护3个热点问题的讨论,阐述岛屿生物多样性的形成机制、濒危肇因以及岛屿生物多样性保育的重要性.     

中国植物系统和进化生物学研究进展

植物系统和进化生物学旨在探讨植物物种多样性的起源、多样化及其进化的机制, 是综合性越来越强的研究领域。2017年在深圳召开的第19届国际植物学大会(IBC 2017)为中国学者提供了一次难得的展示自身实力的机会和舞台, 同时也极大地推动了中国植物系统与进化生物学领域的研究。值此大会召开5周年之际, 本文拟就中国系统和进化生物学领域近年来取得的主要进展和突破做一简要回顾, 以帮助读者了解中国植物系统和进化研究的发展态势, 并在此基础上展望未来该领域的发展趋势以及面临的机遇和挑战。在过去5年中, 中国学者在植物系统与进化生物学领域的各个方面均取得了令人鼓舞的成绩和突破, 涉及植物起源和物种多样性格局的演变、植物分类和系统发生重建、物种形成和适应性进化、种间互作和协同进化、新性状的起源及其进化发育机制、植物多倍化的机制和多倍体进化、物种濒危机制和物种保护以及栽培植物的起源和驯化等等。这些研究成果不仅在数量上而且在质量上有显著提升, 受到国际学界的广泛关注, 意味着中国学者已经成为国际该领域研究的重要力量, 并将在国际植物系统和进化研究领域发挥更大的作用。     

《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。     

适应性演化的分子遗传机制：以高海拔适应为例

自达尔文时代起,解析适应性演化的机制一直是进化生物学和生态学领域研究最重要的科学问题之一。适应性演化通常指在自然选择驱动下,物种为提高适合度而演化出特定的表型。表型的适应表现在形态、生理生化、组织学、行为学等多个层级。随着分子生物学和测序技术的发展,越来越多的研究揭示了适应性复杂性状的遗传基础。研究适应性演化的分子遗传机制有助于理解塑造生物多样性的进化驱动力以及阐明基因型、表型和环境之间的关联关系。目前已有主效基因、超基因、多基因遗传、非编码区调控、重复序列调控、基因渐渗等多种假说可以解释适应性演化的遗传机制。高海拔极端环境的强选择压力极大地促进了物种表型和遗传适应的发生,对多组学数据的剖析为物种适应性演化提供了新的见解。本文对适应性演化的遗传机制、高海拔极端环境适应研究进展以及目前面临的主要挑战进行了综述,并对未来的发展趋势进行了展望,以期为该领域的科研人员提供参考。     

哺乳动物毛色调控机制及其适应性进化研究进展

哺乳动物类群呈现出的丰富毛色是引人注目的一种生物现象,是研究和理解哺乳动物适应性进化的理想模型之一。哺乳动物的毛色多态在躲避天敌、捕食、求偶及抵御紫外线等方面都具有重要作用。哺乳动物毛发的色素化过程由体内黑色素的数量、质量和分布状况所决定。黑色素的形成过程复杂,包括黑素细胞的分化、成熟,黑素体等细胞器的形态发生及黑色素在黑素细胞中的合成代谢和转运等过程;而在细胞色素化的每个阶段/时相都伴随着一些重要功能基因的参与,并通过基因之间的相互作用形成了黑色素生物代谢的复杂调控网络,进而形成不同的毛色有助于哺乳动物适应不同生存环境。对哺乳动物不同毛色形成机制的探究一直以来都是遗传学及进化生物学的重要研究领域和聚焦热点。本文综述了哺乳动物毛色色素化过程的主要分子机制以及毛色适应性进化的遗传基础,以期为哺乳动物毛色多态及其适应性进化的分子机制研究提供参考。     

杠杆状雄蕊及其进化生态学意义

对被子植物一类特化雄蕊——杠杆状雄蕊的结构多样性及其进化生态学意义进行了归纳总结。植物的花在进化过程中, 常会发生雄蕊群的改变, 包括雄蕊数目及其形态结构的变化, 同时雄蕊功能也会发生相应的适应性转变。杠杆状雄蕊是指结构特化为杠杆状或距状, 在传粉过程中具有类似杠杆功能的一类特化的雄蕊类型。目前, 已在唇形科不同亚科以及姜科6个属中发现杠杆状雄蕊, 根据其结构和形态发生方式总体上可分为2大类: 一类是唇形科中以鼠尾草属(Salvia)为代表的, 由2个可育雄蕊平行发育、药隔组织增长所形成的杠杆状雄蕊; 另一类是姜科植物中由一个可育雄蕊特化形成的带有距状附属体的雄蕊类型。在生态功能上, 两类雄蕊均能通过传粉者推动其距状下臂做杠杆运动进行传粉, 被认为是一种促进异交的传粉机制, 可通过精确传粉和花粉分发等途径影响植物的繁殖成功。杠杆状雄蕊在不同的类群中是独立起源与进化的; 仅在唇形科鼠尾草属中, 杠杆状雄蕊发生了3次独立进化, 而且它可能是触发该属物种适应性辐射的关键性状。将来需在宏观进化和微观进化两个水平深入探讨杠杆状雄蕊的进化生态学意义。     

水稻和其他禾本科植物基因组多倍体起源的证据

基因加倍(Gene duplication)被认为是进化的加速器。古老的基因组加倍事件已经在多个物种中被确定,包括酵母、脊椎动物以及拟南芥等。本研究发现水稻基因组同样存在全基因组加倍事件,大概发生在禾谷类作物分化之前,距今约7000万年。在水稻基因组中,共找到117个加倍区段(Duplicated block),分布在水稻的全部12条染色体,覆盖约60％的水稻基因组。在加倍区段,大约有20％的基因保留了加倍后的姊妹基因对(Duplicated pairs)。与此形成鲜明对照的是加倍区段的转录因子保留了60％的姊妹基因。禾本科植物全基因组加倍事件的确定对研究禾本科植物基因组的进化具有重要影响,暗示了多倍体化及随后的基因丢失、染色体重排等在禾谷类物种分化中扮演了重要角色。     

煤污病菌表皮生态位适应性进化机制研究进展

煤污病是一类外寄生性植物真菌病害。煤污病菌在果实表面形成黑色污斑和污点,导致外观品质降低影响销售,给果农造成严重经济损失。真菌的适应性进化分子机制一直是植物病原真菌生态学领域的研究前沿。煤污病菌在进化过程中为适应寄主表面营养贫瘠、干旱、紫外线照射等非生物胁迫,以及与表面其他微生物竞争生物胁迫等极端环境,进化出一系列独特机制,从而成功定殖于植物表皮。本文从基因组结构趋同进化、致病相关基因家族收缩与扩张和胁迫响应等方面,系统综述了煤污菌群对表皮生态位的适应性进化分子机制。     

大黄属(蓼科) 植物ｎｄｈＦ 基因的适应性进化

大黄属(Rheum L.)是蓼科(Polygonaceae)中一个高度分化的大属,广泛分布在亚洲和欧洲的高山和沙漠地区,全世界约60种,其中在青藏高原及其邻近地区发现了约40种。该属种的高度分化曾被推测是第三纪末青藏高原的快速隆升以及第四纪气候的反复变化所引发的适应性辐射导致。为进一步了解大黄属植物辐射式物种分化的分子适应机制,该研究选取34个形态上多样化的大黄属物种,利用系统发育分析软件,在时间框架下采用位点模型和分支模型对大黄属的叶绿体ndhF基因进行了适应性进化分析。结果表明：大黄属植物的分子进化系统树呈现短而平行的辐射式分支式样,显示出典型的物种快速辐射多样化特征;用位点模型检验ndhF基因是否存在经受正向选择(ω>1)时,在氨基酸水平上共鉴定出3个NDHF亚基的正选择位点(188H,465H,551L),对NDHF亚基的二级结构进行分析后发现编码的188H氨基酸位于α螺旋上。大黄属植物可能通过这些结构域的适应性进化,适应青藏高原的快速隆升以及第四纪气候的反复变化而引发的陆地生态系统改变。该研究结果可为今后对该属植物的实验分析提供首选位点。