鱼类特异的基因组复制

辐鳍鱼类是脊椎动物中种类最多、分布最广的类群,其基因组大小不等。过去的观点认为,在脊椎动物进化历程中曾发生了两次基因组复制。近期的系统基因组学研究资料进一步提出,在大约350百万年,辐鳍鱼还发生了第三次基因组复制,即鱼类特异的基因组复制(fish-specificgenomeduplication,FSGD),且发生的时间正处在“物种极度丰富”的硬骨鱼谱系(真骨总目)和“物种贫乏”的谱系(辐鳍鱼纲基部的类群)出现分歧的时间点,表明FSGD与硬骨鱼物种和生物多样性的增加有关。进一步开展鱼类比较基因组学和功能基因组学研究将进一步验证FSGD这一假说。     

鱼类特异的基因组复制及鱼类多样性(英文)

过去的研究认为在脊椎动物的进化历程中曾发生了两次基因组复制.而最近的系统发生学和比较基因组学研究提出辐鳍鱼还发生了第3次基因组复制,即鱼类特异的基因组复制(The fish-specific genome dupli-cation).目前,基因组复制是生物进化研究中的热点问题.硬骨鱼是世界上现存鱼类中最多的一类,由多于现存脊椎动物半数的物种组成,在形态和生理适应类型上表现了明显的差异.硬骨鱼在进化上的成功和惊人的生物多样性可能与它们的基因组复杂性有关.     

鱼类特异的基因组复制

辐鳍鱼类是脊椎动物中种类最多、分布最广的类群，其基因组大小不等。过去的观点认为，在脊椎动物进化历程中曾发生了两次基因组复制。近期的系统基因组学研究资料进一步提出，在大约350百万年，辐鳍鱼还发生了第三次基因组复制，即鱼类特异的基因组复制(fishspecific genome duplication，FSGD)，且发生的时间正处在“物种极度丰富”的硬骨鱼谱系(真骨总目)和“物种贫乏”的谱系(辐鳍鱼纲基部的类群)出现分歧的时间点，表明FSGD与硬骨鱼物种和生物多样性的增加有关。进一步开展鱼类比较基因组学和功能基因组学研究将进一步验证FSGD这一假说。     

基因倍增和脊椎动物起源

有机体基因复制导致基因复杂性增加及其和脊椎动物起源的关系已经成为进化生物学研究的热点。20世纪70年代由Ohno提出后经Holland等修正的原始脊索动物经两轮基因组复制产生脊椎动物的假设目前已被广泛接受。脊椎动物起源和进化过程中发生过两轮基因组复制的主要证据有三点：（1）据估计脊椎动物基因组内编码基因数目大约相当于果蝇、海鞘等无脊椎动物的4倍;原口动物如果蝇和后口动物如头索动物文昌鱼的基因组大都只有单拷贝的基因,而脊椎动物的基因组则通常有4个同属于一个家族的基因。（2）无脊椎动物如节肢动物、海胆和头索动物文昌鱼都只有一个Hox基因簇,而脊椎动物除鱼类外,有7个具有Hox基因簇,其余都具有4个Hox基因簇。（3）基因作图证明,不但在鱼类和哺乳动物染色体广大片段上基因顺序相似,而且有证据显示哺乳动物基因组不同染色体之间存在相似性。据认为第一次基因倍增发生在脊椎动物与头索动物分开之后,第二次基因倍增发生在有颌类脊椎动物和无颌类脊椎动物分开以后。但是,基因是逐个发生倍增,还是通过基因组内某些DNA片段抑或整个基因组的加倍而实现的,目前还颇有争议。     

全基因组与串联复制后白菜基因的保留

全基因组复制与串联复制是两种重要的基因扩增途径,在生物进化过程中普遍存在.这两种复制方式相互关系的研究在拟南芥中已经取得很多成果.白菜(Brassica rapa)属于十字花科(Brassicaceae)芸薹属(Brassca),是一类重要的经济作物,也是研究基因组多倍化和形态演化的模式植物.白菜基因组的测序与组装工作已经取得了重大成就,运用比较基因组学的方法,通过比较白菜与模式植物拟南芥,可以清晰鉴定白菜基因组经历的全基因组三倍化事件.同时,白菜与拟南芥同属于十字花科,有较近的起源关系和良好的基因组共线性关系.因此,拟南芥可以作为外群研究白菜全基因组三倍化以及串联重复之后基因的偏向性保留.结果发现,在白菜中存在物种特有的偏向性保留基因,即与环境刺激相关的基因和与激素相关的基因.     

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。     

脊椎动物父系基因组主动去甲基化研究进展

基因组表观遗传重组出现在细胞发育潜能发生变化的时期。早期植入前胚胎的表观遗传重新编程对于细胞分化和胚胎的生长发育是至关重要的,这涉及到表观遗传印记(尤其是DNA甲基化)的消除和重建过程。脊椎动物许多物种中,DNA复制起始前父系基因组通常要经历主动去甲基化,而母系基因组则可以保持甲基化的状态不变,直到在随后的卵裂过程中被动去甲基化。综述了脊椎动物父系基因组主动去甲基化的机制,这种去甲基化在脊椎动物各物种间的差异,以及影响这种主动去甲基化机制的因素。另外,研究外源基因表达的表观调控机制(尤其是表观遗传重编程的异常现象)有利于理解转基因克隆水产动物中普遍存在的授精成功率较低,基因整合率较低,以及胚胎发育异常等现象,有利于更好地应用转基因克隆技术。     

杆状病毒基因组DNA复制相关基因的研究进展

综述了与杆状病毒DNA复制相关基因的研究进展.杆状病毒表达系统是最重要的四大基因工程表达系统之一,杆状病毒还具有作为生物杀虫剂的潜能.DNA复制是杆状病毒复制循环的中心环节.     

成簇基因的时空表达调控

成簇基因具有不同单个基因的特性,同一簇内基因大多有类似的结构,功能以及表达模式,基因之间时空表达模式及表达量高度协调,提示同一簇基因是作为统一整体进行调节的,具有共同的调节机制。基因成簇排列是实现基因时空协调表表达的基础,是遗传信息的一种高级组织形式,具有强大的进化优势,要揭示成簇基因表达调控的基本规律,应从顺式作用元件,反式作用因子,染色质等层次,进行整体的以及多基因相互作用的研究,这些机制的阐     

Hox基因及其进化机制的研究进展

Hox基因是生物体内一类重要的发育调控基因家族.Hox基因高度保守,通常成簇存在,编码一类转录因子,在个体胚胎发育中起着重要的调控作用.近期研究表明,基因复制、基因序列变异及选择压力对Hox基因簇的产生和进化有重要作用,同时调节元件和协同进化对Hox基因的进化也有重要影响.     

基因重复研究进展

基因复制是基因通过不等交换,反转录转座或由全基因组复制等途径产生一个与原基因相似的基因或碱基序列,它与生物体基因组大小的进化、新基因的起源、物种的分化以及基因抗突变的能力大小等都密切相关。本文综述了复制基因的产生和保留机制、选择作用、分化的途径以及复制基因进化速率等方面的相关研究,揭示了基因复制对于生物进化的重要性,以引起大家对该领域的了解与关注。关键词：基因复制;复制基因;不等交换;反转录转座;全基因组复制     

Novelty and Convergence in Adaptation to Whole Genome Duplication

Whole genome duplication (WGD) can promote adaptation but is disruptive to conserved processes, especially meiosis. Studies in Arabidopsis arenosa revealed a coordinated evolutionary response to WGD involving interacting proteins controlling meiotic crossovers, which are minimized in an autotetraploid (within-species polyploid) to avoid missegregation. Here, we test whether this surprising flexibility of a conserved essential process, meiosis, is recapitulated in an independent WGD system, Cardamine amara, 17 My diverged from A. arenosa. We assess meiotic stability and perform population-based scans for positive selection, contrasting the genomic response to WGD in C. amara with that of A. arenosa. We found in C. amara the strongest selection signals at genes with predicted functions thought important to adaptation to WGD: meiosis, chromosome remodeling, cell cycle, and ion transport. However, genomic responses to WGD in the two species differ: minimal ortholog-level convergence emerged, with none of the meiosis genes found in A. arenosa exhibiting strong signal in C. amara. This is consistent with our observations of lower meiotic stability and occasional clonal spreading in diploid C. amara, suggesting that nascent C. amara autotetraploid lineages were preadapted by their diploid lifestyle to survive while enduring reduced meiotic fidelity. However, in contrast to a lack of ortholog convergence, we see process-level and network convergence in DNA management, chromosome organization, stress signaling, and ion homeostasis processes. This gives the first insight into the salient adaptations required to meet the challenges of a WGD state and shows that autopolyploids can utilize multiple evolutionary trajectories to adapt to WGD.     

MADS-box基因家族基因重复及其功能的多样性

基因的重复(duplication)及其功能的多样性(diversification)为生物体新的形态进化提供了原材料。MADS-box基因在植物(特别是被子植物)的进化过程中发生了大规模的基因重复事件而形成一个多基因家族。MADS-box基因家族的不同成员在植物生长发育过程中起着非常重要的作用,在调控开花时间、决定花分生组织和花器官特征以及调控根、叶、胚珠及果实的发育中起着广泛的作用。探讨MADS-box基因家族的进化历史有助于深入了解基因重复及随后其功能分化的过程和机制。本文综述了MADS-box基因家族基因重复及其功能分化式样的研究进展。     

Genome Duplication Increases Meiotic Recombination Frequency: A Saccharomyces cerevisiae Model

Genetic recombination characterized by reciprocal exchange of genes on paired homologous chromosomes is the most prominent event in meiosis of almost all sexually reproductive organisms. It contributes to genome stability by ensuring the balanced segregation of paired homologs in meiosis, and it is also the major driving factor in generating genetic variation for natural and artificial selection. Meiotic recombination is subjected to the control of a highly stringent and complex regulating process and meiotic recombination frequency (MRF) may be affected by biological and abiotic factors such as sex, gene density, nucleotide content, and chemical/temperature treatments, having motivated tremendous researches for artificially manipulating MRF. Whether genome polyploidization would lead to a significant change in MRF has attracted both historical and recent research interests; however, tackling this fundamental question is methodologically challenging due to the lack of appropriate methods for tetrasomic genetic analysis, thus has led to controversial conclusions in the literature. This article presents a comprehensive and rigorous survey of genome duplication-mediated change in MRF using Saccharomyces cerevisiae as a eukaryotic model. It demonstrates that genome duplication can lead to consistently significant increase in MRF and rate of crossovers across all 16 chromosomes of S. cerevisiae, including both cold and hot spots of MRF. This ploidy-driven change in MRF is associated with weakened recombination interference, enhanced double-strand break density, and loosened chromatin histone occupation. The study illuminates a significant evolutionary feature of genome duplication and opens an opportunity to accelerate response to artificial and natural selection through polyploidization.     

藏鸡线粒体全基因组序列的测定和分析

通过PCR扩增,测序,拼接,获得藏鸡（Tibetan Chicken）线粒体全基因组序列并进行数据分析处理。藏鸡线粒体全基因组序列全长16783bp,共有13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因和1个D-loop区。模拟电子酶切结果显示,藏鸡DraI酶的酶切结果和先前报道的原鸡,茶花鸡,尼西鸡和大理漾濞黄鸡的酶切结果都不相同,为藏鸡特有。基于D-loop区全序列和13个蛋白质编码基因序列,采用N-J算法与原鸡属4个种,3个亚种和3个家鸡品系构建系统进化树：初步确定藏鸡起源于红原鸡,与家鸡中的来航鸡、白洛克鸡亲缘关系最近,但是藏鸡的进化与来航鸡、白洛克鸡这两个家鸡品系又显得相对独立。推测可能原因是藏鸡的祖先在进入高原以后处于相对封闭的环境,从而形成了独特群体遗传特性。     

脊椎动物ABCA基因亚家族研究进展

ABC（ATP-binding cassette）基因家族编码膜蛋白,其成员负责多种物质的跨膜运输。基于氨基酸序列的同源性,人的48个ABC成员被分为7个亚家族：ABCA~ABCG。与其他亚家族相比,ABCA基因编码的蛋白具有独特的拓扑结构,并且其家族成员在两栖动物和哺乳动物分化之后各发生过一次大的扩展（expanding）。基因结构分析发现这两次扩展均是通过基因倍增实现的,这些倍增的产物在啮齿目和食肉目中得到保留,而在灵长目中却有一半变成假基因或被删除。ABCA成员主要负责不同组织器官脂类和胆固醇的跨膜运输,部分成员的突变与疾病相关。     

人类基因组突变热点区的简并度特异基因

突变热点区域是基因突变相对集中的区域,在生物的遗传和变异中有特殊的地位.针对特殊条件下发生突变形成的突变热点区域进行了相关研究.而人类基因组序列的测定和人类基因框架图的绘制,为在全基因组范围内进行突变热点研究提供了条件.分析了人类基因组中2 831个基因突变热点区域上简并度的性质,对突变热点区集中在高简并度区或者低简并度区的基因生物学功能进行了分析和分类.研究的焦点集中在某类功能的基因简并度特性一致的情况上.对搜集到的基因简并度特性利用聚类计算进行分析,找到了一些特殊的功能类,属于其中某类功能的基因能够通过聚类分析聚合到一起,从而说明简并度特性也是相近的,这为从基因的简并度特性预测表达物的功能提供了线索.