植物进化发育生物学的形成与研究进展

植物进化发育生物学是最近十几年来才兴起的一门学科,它是进化发育生物学的主要分支之一。进化发育生物学的产生经历了进化生物学与胚胎学、遗传学和发育生物学的三次大的综合,其历史可追溯到19世纪初冯.贝尔所创立的比较胚胎学。相关研究曾沉寂了近一个世纪,直到20世纪80年代早期,动物中homeobox基因被发现,90年代初花发育的ABC模型被提出,加之对发育相关基因研究的不断深入,才使基因型与表型联系了起来,进而促进了进化发育生物学的飞速发展。目前进化发育生物学已成为21世纪生命科学领域的研究热点之一。本文详细阐述了进化发育生物学产生和发展的历程,综述了最近十几年来植物进化发育生物学的主要研究进展。文中重点介绍了与植物发育密切相关的MADS-box基因在植物各大类群中的研究现状,讨论了植物进化发育生物学领域的研究成果对花被演化、花对称性以及叶的进化等重要问题的启示。     

F-box基因拷贝数目变异的机制研究:以12种果蝇为例

拷贝数目变异是一种对表型变异和生物进化具有重要意义的基因组结构变异.以前的研究表明不同物种中F-box基因的拷贝数目差异较大.为了深入探索拷贝数目变异的式样和机制.我们以12个果蝇近缘种为研究对象,分析了F-box基因的系统发育关系、进化式样以及它们在染色体上的位置.结果发现,虽然各个物种中F-box基因的拷贝数目差别不大(42-47个),但是仍然存在着很多引起拷贝数目变异的基因获得和丢失事件.这说明表面上变化不大的拷贝数目在一定程度上掩盖了频繁发生的基因获得和丢失事件.通过比较这些基因在染色体上的位置,发现只有在亲缘关系很近的物种之间才能鉴定出有明显微共线性关系的基因组区段.我们还发现,造成F-box基因拷贝数目增加的主要机制是散在重复和串联重复,而反转录转座和新基因的非编码区起源也是两种值得注意的机制.此外,序列变异导致的外显子边界变化以及外显子丢失是引起拷贝数目减少的两种机制.在12种果蝇的最近共同祖先中,F-box基因的拷贝数目与现存物种基本相似,但是基因的获得和丢失事件使得现存物种中的F-box基因在构成上已经有了明显的差别.对数目变异的式样及其与基因功能的关系的研究表明,拷贝数目变异是F-box基因家族"生与死"的进化在基因组层面的系统反映,并有可能为表型变异提供了原始材料.     

拟南芥和琴叶拟南芥中MADS-box基因的比较进化分析

MADS-box基因编码一类转录因子。在被子植物中,MADS-box基因对于营养生长和生殖发育都有重要的调控作用,是植物体(特别是花序、花和果实)的正常发育所不可或缺的。为了理解近缘物种在遗传基础上的异同,我们对拟南芥(Arabidopsis thaliana)和琴叶拟南芥(A.lyrata)基因组中MADS-box基因的拷贝数目和进化式样进行了比较分析。通过搜索公共数据库,我们在拟南芥和琴叶拟南芥中分别鉴定出了106和115个基因。系统发育分析的结果表明,这些基因属于I型和II型MADS-box基因。在两个物种分化之后,II型基因的拷贝数目变化不大,I型基因则经历了多次独立的基因丢失和获得事件。通过比较这些基因在染色体上的排列,我们不但鉴定出了存在微共线性的基因组区段,而且发现新基因产生的主要机制是串联重复和散在重复。分子进化的研究进一步表明,I型和II型基因在进化式样上存在着显著差异:II型基因在进化中一般都受到了较强的选择压力,而I型基因大多受到的选择压力较弱。本研究将为深入理解近缘物种在基因和基因组层面上的异同、探讨物种分化和生物多样性形成的机制等问题提供新思路。