叶绿体系统发育基因组学的研究进展

系统发育基因组学是由系统发育研究和基因组学相结合产生的一门崭新的交叉学科。近年来,在植物系统发育研究中,基于叶绿体基因组的系统发育基因组学研究优势渐显端倪,为一些分类困难类群的系统学问题提出了解决方案,但同时也存在某些问题。本文结合近年来叶绿体系统发育基因组学研究中的一些典型实例,讨论了叶绿体系统发育基因组学在植物系统关系重建中的价值和应用前景,并针对其存在问题进行了探讨,其中也涉及了新一代测序技术对叶绿体系统发育基因组学的影响。     

鼠疫耶尔森氏菌的进化研究:从系统发育学到系统发育基因组学

20世纪90年代末起,基因组学在细菌研究中应用越来越广泛,尤其在进化领域,取得了一系列革命性的发现.本文以鼠疫耶尔森氏菌进化研究为例,介绍了从利用基因组中少数特定片段(等位基因)多态性进行分析的传统系统发育学,到基于大量菌株全基因组序列进行系统发育基因组学的研究发展历程,回顾讨论了基因组学技术的进步为鼠疫菌进化研究领域带来的成果.     

石松类和蕨类植物质体基因组结构演化研究进展

近年来, 随着测序技术的发展, 石松类和蕨类植物的核基因组、质体基因组以及线粒体基因组研究发展迅速, 质体基因组研究工作更是呈爆发式增长。截至2019年3月1日, GenBank公布的石松类和蕨类植物的175个质体基因组中, 约3/4为最近两年新增。研究内容从早期对个别质体基因组结构和序列特征的简单报道, 逐渐发展到综合性的比较基因组学和系统发育基因组学研究。目前已发表的质体基因组覆盖了石松类和蕨类植物的所有目和大部分科, 这两大类群的质体基因组结构变异和系统发育的基本框架已逐渐清晰。这些研究为我们理解维管植物的早期演化提供了重要参考。本文对石松类和蕨类植物的质体基因组结构特征进行了系统梳理, 发现其结构变异主要包括大片段倒位、IR区边界变动、基因或内含子丢失等, 其中一些结构变异可作为较高分类阶元的共衍征。RNA编辑和长片段非编码序列插入普遍存在于石松类和蕨类植物的质体基因组中, 但其起源、演化机制和功能等仍不清楚。我们对质体基因组的应用、系统发育研究中质体和核基因组的优劣性, 以及系统发育基因组学的前景进行了评述。     

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。     

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。     

基因树冲突与系统发育基因组学研究

随着越来越多的基因序列被运用于系统发育重建中,随之产生的基因树冲突已成为分子系统发育研究中日益突出的问题.因此,在分子系统发育研究中,应正确理解基因树和物种树之间的差异,充分注意和分析基因树冲突的原因,正确解释分子系统发育的结果.本文通过一些典型实例分析了在多基因系统发育研究中引发基因树冲突的三类主要原因:随机误差、系统误差和生物学因素.在此基础上,对近年来兴起的系统发育基因组学进行了介绍,并以稻属Oryza研究为例,阐述了系统发育基因组学方法在解决基因树冲突以及系统发育研究中的优势和应用价值,并进一步探讨了解决基因树冲突的策略和方法,以期为分子系统发育研究提供一些肩示和帮助.     

基因组时代的放线菌系统分类学及其研究进展

由于放线菌在生物技术、医药卫生和环境治理等领域中的实际重要性,已经成为人们研究得最为深入的微生物类群之一。现代放线菌分类学是建立在对16S rRNA基因保守分子序列的系统发育学分析基础上、综合利用多种微生物信息的多相分类学(polyphasic taxonomy)。随着大规模基因测序技术的飞速发展,已经完成了超过100株放线菌的全基因组序列。近年来发展起来的"基因组系统发育学"有助让人们更加系统地理解放线菌类群的发生、演化,以及不同生境类群之间的相互关系。随着越来越多的以系统发育学为指导的基因组测序研究项目,例如"细菌和古菌基因组百科全书(Genomic Encyclopedia of Bacteria andArchaea,GEBA)计划"的出现,标志着放线菌系统学进入了基因组学研究时代。本文对基因组时代的放线菌系统学方法,以及国内外的相关研究成果进行综述。     

"欧洲研究领域"中的基因组学和后基因组学研究

“欧洲研究领域”（The European Research Arda,ERA)为欧洲组织和建立农业基因组学和后基因组学研究提供了独特的框架。这一生物学研究中的新趋势的主要特点是高度的技术复杂性和多学科性。此项研究活动的成功发展,要求在研究努力以及国际合作和协调上保持高度的集中。而这只能通过在整个欧洲发展高通量的设备和实验室生物信息学基础设施,以及建立一流的研究中心网络,从而把各个国家的力量汇集在一起,才能得以实现。     

多位点序列和比较基因组学分析对盐单胞菌科菌株JSM 104105的系统发育学研究

【目的】为了精准地判定产铁载体嗜盐新菌株JSM 104105在盐单胞菌科(Halomonadaceae)中的系统发育地位。【方法】采用基于16SrRNA基因、DNA促旋酶B亚基基因(DNAgyraseB subunit gene, gyrB)和核糖核酸聚合酶σ因子RpoD基因(RNA polymerase sigma factor RpoD gene,rpoD)序列的多位点序列分析方法(multilocus sequence analysis, MLSA),对菌株JSM 104105的系统发育地位进行初步分析;采用比较基因组学分析(comparative genomics analysis),分析该菌株与其系统发育关系密切的典型菌株之间的GC含量、平均核苷酸一致性(average nucleotide identity,ANI)和数字DNA-DNA杂交值(digital DNA-DNA hybridization, dDDH),并进行基因组系统发育学分析(phylogenomic analysis),更准确地判定菌株JSM 104105在盐单胞菌科中的系统发育地位。【结果】MLSA分析...     

山鹧鸪属鸟类线粒体基因组的比较及系统发育研究

海南山鹧鸪(Arborophila ardens)对生境选择比较严格,种群数量稀少,属于濒危物种。为进一步研究山鹧鸪属的进化和系统发育关系,文章利用Illumina Hiseq2000高通量测序技术获得了海南山鹧鸪线粒体全基因组序列,从比较基因组学角度分析了4种山鹧鸪鸟类的线粒体基因组特征,并探讨了山鹧鸪属鸟类的系统发育地位。研究结果表明：(1) 海南山鹧鸪线粒体基因组长度为16 730 bp,编码13个蛋白质编码基因、2个核糖体RNA基因、22个转运RNA基因以及1个控制区;(2) 山鹧鸪属物种受到了纯化选择的作用,且在进化过程中积累了更多的非同义替换;(3) 山鹧鸪属位于雉科鸟类系统树的基部位置,其中白眉山鹧鸪与红喉山鹧鸪互为姐妹群,海南山鹧鸪位于山鹧鸪属的基部位置,与其他3种山鹧鸪鸟类的亲缘关系较远。     

蚯蚓基因组学的研究进展: 基于全基因组及线粒体基因组

蚯蚓被喻为土壤中的“生态系统工程师”, 具有高度的多样性且在全世界都有分布, 被用作土壤健康的指示生物。蚯蚓具有极强的环境适应能力, 在不断适应的过程中促进了自身基因组的进化。本文对近年来蚯蚓全基因组以及线粒体基因组的研究进展进行了综述。蚯蚓全基因组的测序、拼装和分析为研究蚯蚓生态学、污染物对蚯蚓致毒的分子机制、免疫防御的分子机制、蚯蚓再生的分子机制等奠定基础。而线粒体基因组多应用于蚯蚓分子系统发育方面的研究, 目前已有多种蚯蚓通过线粒体基因组测序完成了物种的鉴定。本文建议今后重点开展以下几方面的研究: (1)针对现有的4种蚯蚓全基因组测序结果, 进一步进行比较基因组学、进化基因组学和功能基因组学的研究。(2)完善不同种蚯蚓的基因文库和表达序列标签。(3)建立线粒体基因组、全基因组与蚯蚓物种多样性的关联分析。     

从结构基因组学到功能基因组学

基因组学研究随着模式生物基因组全序列测定的完成由结构基因组学阶段发展到功能基因组学阶段,基因组学成为当今最为活跃、最有影响的前沿学科.以结构基因组学的研究成果为基础,功能基因组学中各学科因其原理不同及其关键技术的特点和优势,具有各自的应用范畴和发展趋势.功能基因组学不断渗透入现代科学的各领域,促成了适用于不同研究目的新兴学科的诞生.     

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。     

叶绿体基因组在系统发育学及基因工程领域的应用

介绍了叶绿体基因组在系统发育学和基因工程这两个领域的应用研究进展：1)叶绿体基因组的DNA序列比较为植物系统发育学研究提供了可靠数据基础;2)叶绿体基因工程是高水平表达外源基因的重要途径之一,在生产医用蛋白、改良作物农艺性状和环境保护等方面有着广阔的应用前景。     

人类基因组计划与生命科学及生物产业

人类基因组计划（HGP）将要完成。人类基因组全部测序标志这一宏伟计划的阶段性目标的实现,其对生命科学及人类生存、发展的影响将伴随人类走向新的时代。基因组信息学、比较基因组学、进化基因组学、应用基因组学等新的学科将应运而生。基因组学研究的特点是数据导向和系统性。从雄心勃勃的“人类基因组计划”,到蓬蓬勃勃的基因组学,再到轰轰烈烈的生物信息争夺战,“生物世纪”的帷幕已经拉开。     

被子植物系统发育深层关系研究: 进展与挑战

被子植物系统发育学是研究被子植物及其各类群间亲缘关系与进化历史的学科。从20世纪90年代起, 核苷酸和氨基酸序列等分子数据开始被广泛运用于被子植物系统发育研究, 经过20多年的发展, 从使用单个或联合少数几个细胞器基因, 到近期应用整个叶绿体基因组来重建被子植物的系统发育关系, 目、科水平上的被子植物系统发育框架已被广泛接受。在这个框架中, 基部类群、主要的5个分支(即真双子叶植物、单子叶植物、木兰类、金粟兰目和金鱼藻目)、每个分支所包含的目以及几个大分支包括的核心类群等都具有高度支持。与此同时, 细胞器基因还存在一些固有的问题, 例如单亲遗传、系统发育信息量有限等, 因此近年来双亲遗传的核基因在被子植物系统发育研究中的重要性逐渐得到关注, 并在不同分类阶元的研究中都取得了一定进展。但是, 被子植物系统发育中仍然存在一些难以确定的关系, 例如被子植物5个分支之间的关系、真双子叶植物内部某些类群的位置等。本文简述了20多年来被子植物系统发育深层关系的主要研究进展, 讨论了被子植物系统发育学常用的细胞器基因和核基因的选用, 已经确定和尚未确定系统发育位置的主要类群, 以及研究中尚存在的问题和可能的解决方法。     

细菌比较基因组学和进化基因组学

通过比较不同细菌基因组间差异性与相似性,进而深入研究其分子机理,最终与其表型特征联系起来,是为比较基因组学;不同细菌经过长期进化,其基因组在结构与功能上存在着明显的分化,并构成表型进化的遗传基础,大量细菌全基因组测序的完成,细菌进化基因组学应运而生;以比较基因组学为研究手段,细菌进化基因组学可从基因组水平深入认识物种分化、生境适应、毒力进化、耐药性产生蔓延等表型进化过程。     

蚜蝇科昆虫线粒体基因组特征及系统发育研究

蚜蝇科昆虫是一类重要的资源昆虫,目前GenBank数据库共收录64种蚜蝇科昆虫线粒体全长基因组序列,涉及蚜蝇亚科(Syrphinae) 3族26种,管蚜蝇亚科(Eristalinae) 5族38种。本文总结了蚜蝇科昆虫线粒体基因组的基本特征,概述了线粒体全基因组在蚜蝇科昆虫系统发育研究中的应用,同时基于线粒体全基因组序列重建了蚜蝇科系统发育关系,并提出今后蚜蝇科昆虫的线粒体基因组学研究重点。     

结构基因组学研究与核磁共振

各种生物的基因组DNA测序计划的完成,将结构生物学带入了结构基因组学时代.结构基因组学是对所有基因组产物结构的系统性测定,它运用高通量的选择、表达、纯化以及结构测定和计算分析手段,为基因组的每个蛋白质产物提供实验测定的结构或较好的理论模型,这将加速生命科学各个领域的研究.生物信息学、基因工程、结构测定技术等的发展为结构基因组学研究提供了保证.近年来核磁共振在技术方法上的进展,使其成为结构基因组学高通量结构分析中的一个关键方法.     

结构基因组学研究概述

随着蛋白质数据库、基因组序列数据库和自动化技术的迅速发展,结构基因组学作为新的预测蛋白质结构的技术显得越发重要。本文对结构基因组学的产生发展进行概述,分别介绍结构基因组技术的功能、实验流程、蛋白质功能的预测方法,并对该学科发展进行了展望。