Gene flow的溯源及其在生物安全和进化研究中的意义

尽管gene flow源于群体遗传学和进化生物学,但已成为环境生物安全文献中常见的科学术语。花粉介导的gene flow在自然界中广泛存在并对物种和群体的进化有着特殊重要的意义。随着转基因生物技术的快速发展和转基因作物在全球范围内的广泛种植,转基因随gene flow发生逃逸及其可能带来的潜在生态进化影响已经成为环境生物安全评价和研究的重要内容,备受全球广泛关注,gene flow这个术语在我国也被频繁引用。但是, gene flow的中文术语在我国各种文献资料中存在着十多种翻译版本,这些不同的翻译版本形式不同且内容略有差异,容易给环境生物安全问题的理解和研究造成不必要的混乱。本文对gene flow的概念及其内涵进行了回顾,并对不同形式的gene flow术语在国内外相关研究领域中使用的历史溯源进行了阐述。笔者建议使用“基因流”作为gene flow在中文应用中的统一术语,这也最接近群体遗传学和进化生物学等相关著作中gene flow的原意。基于此,对基因流在转基因逃逸及其相关的环境生物安全评价以及群体遗传学和进化生物学研究方面的理论和应用意义进行了讨论。     

杂交-渐渗进化理论在转基因逃逸及其环境风险评价和研究中的意义

转基因作物的商品化生产和大规模环境释放, 引起了全球对生物安全问题的广泛关注和争议, 其中转基因通过花粉介导的基因漂移逃逸到非转基因作物及其野生近缘种, 进而带来不同类型的环境风险就是备受争议的生物安全问题之一。有效的生物安全评价和研究能够为转基因作物的安全持久利用保驾护航。按照风险评价的原则, 对于转基因逃逸及其潜在环境风险的评价应包括两个重要步骤: (1)检测转基因向野生近缘种(包括杂草类型)群体逃逸的频率; (2)确定逃逸后的转基因能否通过遗传渐渗在野生近缘种群体中存留和扩散。杂交－渐渗是进化生物学中非常重要的科学命题和普遍的自然现象, 杂交－渐渗的进化理论与转基因逃逸及其潜在环境风险的研究和评价有密切的关系。杂交－渐渗过程往往导致物种形成、适应性进化和自然群体的濒危与灭绝, 这是因为在杂交－渐渗过程中, 不同的机制如遗传同化作用、群体湮没效应以及群体的选择性剔除效应等都会在很大程度上影响群体的进化过程。转基因通过杂交－渐渗进入野生群体, 使这一过程更加复杂化。如果转基因能提高群体的适合度, 则更有利于其渐渗速率, 从而在群体中迅速扩散并带来一定的生态后果。杂交－渐渗的进化理论和思想将有益于指导转基因逃逸及其潜在环境风险的研究和评价。     

适合度分析对转基因逃逸潜在环境风险评价的意义北大核心CSCD

转基因作物的全球大规模种植引起了全世界的广泛关注甚至争议。经过遗传改良并具有自然选择优势的转基因作物进入商品化种植,可能将带来环境生物安全的顾虑。在这些生物安全的顾虑中,转基因通过花粉介导的基因漂移向栽培作物的野生近缘种逃逸及其导致的潜在环境风险,就是世人最为关注的环境生物安全问题之一。包括中国在内的许多国家,在转基因作物进行商品化生产之前都必须对转基因逃逸及其带来的潜在环境风险进行严格评价。按照风险评价的框架,转基因向野生近缘种逃逸及其带来潜在环境风险的评价包括3个连续的步骤:1)检测转基因漂移到作物野生近缘种的频率;2)分析转基因在野生近缘种中的表达;3)确定转基因对野生近缘种群体适合度和进化潜力的影响。大量基因漂移的研究结果已表明,转基因通过基因漂移向栽培作物邻近的野生近缘种群体逃逸难以避免,而转基因也会在作物的野生近缘种群体中正常表达。因此分析和评价转基因为野生近缘种带来的适合度效应,对于转基因逃逸及其环境风险的评价至关重要。对适合度的概念及其进化意义进行介绍,并对如何利用转基因的适合度效应分析转基因逃逸的环境风险,以及对此类环境风险进行研究和评价的具体方法予以介绍。上述知识和方法的掌握将有助于人们对转基因作物环境生物安全及其评价的全面理解。     

适合度分析对转基因逃逸潜在环境风险评价的意义

转基因作物的全球大规模种植引起了全世界的广泛关注甚至争议。经过遗传改良并具有自然选择优势的转基因作物进入商品化种植,可能将带来环境生物安全的顾虑。在这些生物安全的顾虑中,转基因通过花粉介导的基因漂移向栽培作物的野生近缘种逃逸及其导致的潜在环境风险,就是世人最为关注的环境生物安全问题之一。包括中国在内的许多国家,在转基因作物进行商品化生产之前都必须对转基因逃逸及其带来的潜在环境风险进行严格评价。按照风险评价的框架,转基因向野生近缘种逃逸及其带来潜在环境风险的评价包括3个连续的步骤:1)检测转基因漂移到作物野生近缘种的频率;2)分析转基因在野生近缘种中的表达;3)确定转基因对野生近缘种群体适合度和进化潜力的影响。大量基因漂移的研究结果已表明,转基因通过基因漂移向栽培作物邻近的野生近缘种群体逃逸难以避免,而转基因也会在作物的野生近缘种群体中正常表达。因此分析和评价转基因为野生近缘种带来的适合度效应,对于转基因逃逸及其环境风险的评价至关重要。对适合度的概念及其进化意义进行介绍,并对如何利用转基因的适合度效应分析转基因逃逸的环境风险,以及对此类环境风险进行研究和评价的具体方法予以介绍。上述知识和方法的掌握将有助于人们对转基因作物环境生物安全及其评价的全面理解。     

转基因植物的环境生物安全：转基因逃逸及其潜在生态风险的研究和评价

转基因作物的商品化生产和大规模环境释放在带来巨大利益的同时,也引起了全球对其生物安全问题的广泛关注和争议,其中转基因通过花粉介导的基因漂移逃逸到非转基因作物及其野生近缘种,进而导致的潜在环境和生态风险就是备受争议的生物安全问题之一。转基因植物的环境生物安全涉及两方面关键问题：如何科学评价转基因植物商品化种植以后带来的环境和生态影响;如何利用环境生物安全的研究成果来制定科学有效的风险监测和管理措施。对转基因逃逸及其潜在生态风险的科学评价应包括三个重要环节：（1）检测转基因的逃逸的频率;（2）检测转基因逃逸后的表达和遗传规律;（3）确定逃逸后的转基因对野生近缘种群体适合度的影响及其进化潜力,本文将围绕对转基因逃逸及其潜在环境风险的科学评价,以转基因水稻为案例来对转基因逃逸带来生态影响的研究好评价的进展进行简要介绍,并对目前依据风险评价研究成果制定的各种管理策略进行了讨论。只有提高对转基因生物环境安全研究和评价的水平,并制定有效的风险监测和管理措施,才能为我国转基因技术的发展和转基因产品的商品化应用保驾护航。     

转基因的逃逸及生态风险

转基因技术的发展为提高农作物产量和解决全球人口不断增长而引发的粮食问题带来了无限的机遇,但生物技术的应用和转基因作物的环境释放也带来了一系列生物安全问题．转基因产品是否会对植物、动物、人类健康、遗传资源和环境带来危害已成为公众关注的焦点．诸多生物安全问题中最引人注目的问题之一就是转基因的逃逸及其可能导致的生态风险．文中就转基因逃逸的可能性和逃逸的不同途径、转基因逃逸后可能导致的各种生态风险、转基因逃逸的不同控制方法以及转基因作物安全距离设立应该考虑的因素等问题进行了讨论,旨在了解转基因作物的环境释放和外源基因的逃逸可能导致的生物安全问题,以及如何控制和避免转基因逃逸．     

转基因逃逸及其环境生物安全评价研究进展——抗虫水稻案例分析

转基因技术研发为提高我国水稻产量和减少劳动力投入提供了巨大机遇。我国对转基因水稻研发进行了大量的投入,目前已培育了具有不同新性状的转基因水稻品系,许多品系已进入生物安全评价阶段。风险评价对转基因水稻的安全生产至关重要,是其商品化生产之前必须解决的问题,其中包括转基因逃逸及其潜在环境影响。对水稻抗虫转基因逃逸及其潜在环境风险的评价包括3个重要环节：（1）通过田间试验和模型模拟检测转基因漂移到非转基因栽培稻及其野生近缘种的频率;（2）检测转基因在栽培稻和野生近缘种后代中的表达;（3）确定转基因对野生近缘种群体适合度和进化潜力的影响。大量研究表明,在近距离的空间范围内栽培稻品种之间的基因漂移频率很低（〉0.1%）,但栽培稻与其野生近缘种的基因漂移频率变异很大。进一步研究还表明,Bt抗虫转基因在栽培稻与普通野生稻后代中均能正常表达,但在其不同生长阶段,表达量有很大变异。在有较高水平的害虫虫压下,含有抗虫转基因的栽培稻及野生近缘种杂交后代与不含转基因的对照相比,抗虫性显著提高且适合度利益明显;但是,在虫害发生水平较低时,含有抗虫转基因的群体与不含抗虫转基因的群体相比没有显著的适合度优势。综上,转基因逃逸到非转基因水稻的频率极低,并且可以通过空间隔离阻断其逃逸。虽然抗虫转基因向杂草稻以及与栽培稻距离较近的野生稻群体的逃逸无法避免,但是野生稻和杂草稻群体周围环境中的总体虫压较低,所以基因漂移带来的环境影响应十分有限。     

群体遗传结构中的基因流

群体遗传结构上的差异是遗传多样性的一种重要体现,对群体遗传结构的研究已有较久的历史,而其中的基因流研究近些年来越来越受到重视。它对群体遗传学、进化生物学、保护生物学、生态学有着极其重要的作用。虽然传统的群体遗传学能估测基因流大小,但它的精确性还有很大局限性。随着生物技术的进步,对基因流的研究逐渐向分子水平过渡,应用蛋白质电泳技术、分子标记技术(RAPD、RFLP、VNTR、ISSR、DNA测序等)方法对群体间基因流的流动水平进行了深入细致的研究。通过综述群体遗传结构的几种模式:陆岛模式、海岛模式、阶石模式、距离隔离模式、层次模式,以及在群体遗传结构的几种模式基础上的基因流的研究方法、作用、地位和近些年来研究者的研究成果,并指出了这些方法的局限性。     

我国转基因水稻商品化应用的潜在环境生物安全问题

转基因水稻的研发和商品化应用将为提高我国水稻的生产力提供新的机遇,并缓解我国的粮食安全问题.转基凶水稻的人规模环境释放和商品化生产可能会带来一定的环境生物安全问题,处理不好会影响转基因水稻的进一步研究和发展.通常所指的环境生物安全问题主要包括以下几个方面:(1)抗生物胁迫转基因对非靶标生物的影响及效应;(2)外源基因向非转基因作物和野生近缘种逃逸及其可能带来的生态后果;(3)转基因作物对农业生态系统、土壤微生物以及生物多样性的潜在影响;(4)抗生物胁迫转基因的长期使用导致靶标生物对转基因产生抗性等.为了安全有效和持续利用转基因生物技术及其产品,有必要对转基因水稻的环境生物安全性进行科学评价.基于风险评价的原则,本文对转基因水稻在我国商品化生产和大规模种植可能带来的环境生物安全问题进行了理性分析,希望为我国转基因水稻商品化应用的决策和生物安全评价提供科学依据.     

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。     

植物分子群体遗传学研究动态

分子群体遗传学是当代进化生物学研究的支柱学科, 也是遗传育种和关于遗传关联作图和连锁分析的基础理论学科。分子群体遗传学是在经典群体遗传的基础上发展起来的, 它利用大分子主要是DNA序列的变异式样来研究群体的遗传结构及引起群体遗传变化的因素与群体遗传结构的关系, 从而使得遗传学家能够从数量上精确地推知群体的进化演变, 不仅克服了经典的群体遗传学通常只能研究群体遗传结构短期变化的局限性, 而且可检验以往关于长期进化或遗传系统稳定性推论的可靠程度。同时, 对群体中分子序列变异式样的研究也使人们开始重新审视达尔文的以“自然选择”为核心的进化学说。到目前为止, 分子群体遗传学已经取得长足的发展, 阐明了许多重要的科学问题, 如一些重要农作物的DNA多态性式样、连锁不平衡水平及其影响因素、种群的变迁历史、基因进化的遗传学动力等, 更为重要的是, 在分子群体遗传学基础上建立起来的新兴的学科如分子系统地理学等也得到了迅速的发展。文中综述了植物分子群体遗传研究的内容及最新成果。     

基因流存在条件下的物种形成研究述评:生殖隔离机制进化

物种形成过程是生物多样性形成的基础, 长期以来一直是进化生物学的中心议题之一。传统的异域物种形成理论认为, 地理隔离是物种分化的主要决定因子, 物种形成只有在种群之间存在地理隔离的情况下才能发生。近年来, 随着种群基因组学的发展和溯祖理论分析方法的完善, 种群间存在基因流情况下的物种形成成为进化生物学领域新的研究焦点。物种形成过程中是否有基因流的发生?基因流如何影响物种的形成与分化?基因流存在条件下物种形成的生殖隔离机制是什么?根据已发表的相关文献资料, 作者综述了当前物种形成研究中基因流的时间和空间分布模式、基因流对物种分化的影响以及生殖隔离机制形成等问题, 指出基因流存在条件下的物种形成可能是自然界普遍发生的一种模式。     

转基因油菜的基因流及生态风险

综合评述了转基因油菜的基因流及其生态风险.油菜作为最早的转基因作物之一目前已在加拿大和澳大利亚大面积商业化应用.(常)异花授粉作物油菜的天然异交率可达30%左右,也易与其它芸苔属作物杂交,因此转基因油菜的生态风险已引起各国科学家的高度重视.转基因油菜主要通过与其野生近缘种的花粉交换和与非转基因油菜的花粉交换两种方式进行花粉的输出.基因可能逃逸到相关野生近缘种,但在大田环境下能够得到杂种的可能性很小;由于基因的漂流在油菜田块间确实存在,因此在种植转基因油菜的过程中必须考虑其间隔距离.     

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。     

生态基因组学研究进展

生态基因组学是一个整合生态学、分子遗传学和进化基因组学的新兴交叉学科。生态基因组学将基因组学的研究手段和方法引入生态学领域,通过将群体基因组学、转录组学、蛋白质组学等手段与方法将个体、种群及群落、生态系统不同层次的生态学相互作用整合起来,确定在生态学响应及相互作用中具有重要意义的关键的基因和遗传途径,阐明这些基因及遗传途径变异的程度及其生态和进化后果的特征,从基因水平探索有机体响应天然环境(包括生物与非生物的环境因子)的遗传学机制。生态基因组学的研究对象可以分为模式生物与非模式生物两大类。拟南芥、酿酒酵母等模式生物在生态基因组学领域发挥了重要作用。随着越来越多基因组学技术的开发与完善,越来越多的非模式生物生态基因组学的研究将为生态学的发展提供重要的理论与实践依据。生态基因组学最核心的方法包括寻找序列变异、研究基因差异表达和分析基因功能等方法。生态基因组学已广泛渗透到生态学的相关领域中,将会在生物对环境的响应、物种间的相互作用、进化生态学、全球变化生态学、入侵生态学、群落生态学等研究领域发挥更大的作用。     

全球转基因逃逸及其生态后果的最新研究动态

自 198 6年世界上第一个转基因作物被释放到环境中进行田间实验以来 ,全球转基因作物的商品化种植面积迅速扩大 ,目前已超过了 5 ,80 0万ｈｍ2( 8.7亿亩 )。而转基因的生物安全也越来越成为各国政府、商业机构、科学家和公众共同关注的焦点和亟待解决的问题。全球对转基因的生物安全问题进行了大量的研究 ,也获得了很多研究结果和积累了大量的资料信息。但是 ,如何对这些庞大的生物安全研究结果和数据进行合理的分析和利用 ,使其对转基因的生物安全评估和管理具有指导意义 ,并有助于人们对生物安全问题的理解和风险管理以及建立合理的转基因…     

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.     

转基因水稻基因流的发生与生态学后果

中国是水稻的起源中心之一,分布着丰富的野生种质资源.自转基因水稻获得安全证书以来,转基因水稻与其近缘野生种间的基因流受到广泛关注.本文对转基因水稻基因流的发生及其可能引起的生态学后果进行了综述和展望.认为转基因水稻能够与栽培稻、野生稻、杂草稻、稗草等成功杂交,但基因流发生频率较低且变化较大.基因流成功发生后,由于转基因水稻具转基因新性状而有适合度优势,转基因可能只通过少数几代就进入野生种群.当转基因植株进入野生种群并在自然条件下长期存在时,转基因植株与近缘野生种间的竞争关系和相对适合度将决定混合种群的动态变化.研究转基因水稻基因流的影响及其长期生态学后果对合理保护与利用野生种质资源具有重要意义.     

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。     

“银额果蝇及其B染色体研究”获云南省2000年科学技术二等奖

中国科学院昆明动物研究所凌发瑶等 ,在国家自然科学基金、中国科学院院长基金、日本文部省国际研究基金的支持下 ,从群体细胞遗传学和分子遗传学着手 ,对银额果蝇及其Ｂ染色体的起源、进化以及生物学效应等进行了系统深入的研究。发现我国银额果蝇自然群体内存在极其丰富的Ｂ染色体遗传资源 ,并认为这是一种十分难得的可供持续研究Ｂ染色体的最佳动物模型 ;同时还发现了银额果蝇自然群体进化过程中的中间过渡性新核型 ,这一发现对研究果蝇的系统进化以及染色体的进化方式有着重要意义。通过本项研究 ,查明了银额果蝇自然群体内存在Ｂ染色体…