鲸类视觉退化分子机制的研究：基于GNAT2和CNGB3基因的进化分析

鲸类是一类次生性的水生哺乳动物,其陆生祖先大约53-56Ma从陆地返回海洋。为了适应水下的弱光环境,鲸类的光感受器以视杆细胞为主,视锥细胞功能大多退化,缺乏辨别颜色的能力,然而鲸类视觉退化的分子机制尚不清楚。本文选择在视锥细胞中表达且对光传导级联反应起重要作用的GNAT2和CNGB3基因,通过PCR扩增、测序以及在数据库中下载已有的基因序列,共获得8个鲸类代表性物种的同源序列。MEGA6.0软件比对发现侏儒抹香鲸和抹香鲸的GNAT2基因分别在148位和1012位插入了1个碱基 A,而抹香鲸的CNGB3分别在554位和1407位有1个碱基的缺失,导致提前终止密码子出现;另外,小须鲸CNGB3基因在1525-1527位出现了提前终止密码子,提示鲸类的这两个基因可能为假基因。通过I-TASSER在线预测GNAT2和CNGB3蛋白的三维结构,发现出现移码突变终止密码子的位置均位于这两个基因的重要功能域。另外,运用PAML软件的Branch model分析表明发生假基因的鲸类物种GNAT2和CNGB3基因出现选择压力放松,且假基因化可能是一个近期事件。侏儒抹香鲸、抹香鲸以及小须鲸的GNAT2和CNGB3基因出现假基因可能与其深潜习性以及完全的水生生境导致其色觉功能丢失相关。此外,Free-ratio model分析发现其他鲸类的ω值接近于1,说明GNAT2和CNGB3基因出现了选择压力放松,这可能是长期适应水生生境视觉退化的结果。     

鲸类视觉退化分子机制的研究：基于GNAT2和CNGB3基因的进化分析

鲸类是一类次生性的水生哺乳动物,其陆生祖先大约53-56Ma从陆地返回海洋。为了适应水下的弱光环境,鲸类的光感受器以视杆细胞为主,视锥细胞功能大多退化,缺乏辨别颜色的能力,然而鲸类视觉退化的分子机制尚不清楚。本文选择在视锥细胞中表达且对光传导级联反应起重要作用的GNAT2和CNGB3基因,通过PCR扩增、测序以及在数据库中下载已有的基因序列,共获得8个鲸类代表性物种的同源序列。MEGA6.0软件比对发现侏儒抹香鲸和抹香鲸的GNAT2基因分别在148位和1012位插入了1个碱基 A,而抹香鲸的CNGB3分别在554位和1407位有1个碱基的缺失,导致提前终止密码子出现;另外,小须鲸CNGB3基因在1525-1527位出现了提前终止密码子,提示鲸类的这两个基因可能为假基因。通过I-TASSER在线预测GNAT2和CNGB3蛋白的三维结构,发现出现移码突变终止密码子的位置均位于这两个基因的重要功能域。另外,运用PAML软件的Branch model分析表明发生假基因的鲸类物种GNAT2和CNGB3基因出现选择压力放松,且假基因化可能是一个近期事件。侏儒抹香鲸、抹香鲸以及小须鲸的GNAT2和CNGB3基因出现假基因可能与其深潜习性以及完全的水生生境导致其色觉功能丢失相关。此外,Free-ratio model分析发现其他鲸类的ω值接近于1,说明GNAT2和CNGB3基因出现了选择压力放松,这可能是长期适应水生生境视觉退化的结果。     

鲸类视觉退化分子机制的研究：基于GNAT2和CNGB3基因的进化分析

鲸类是一类次生性的水生哺乳动物,其陆生祖先大约53~56Ma从陆地返回海洋。为了适应水下的弱光环境,鲸类的光感受器以视杆细胞为主,视锥细胞功能大多退化,缺乏辨别颜色的能力,然而鲸类视觉退化的分子机制尚不清楚。本文选择在视锥细胞中表达且对光传导级联反应起重要作用的GNAT2和CNGB3基因,通过PCR扩增、测序以及在数据库中下载已有的基因序列,共获得8个鲸类代表性物种的同源序列。MEGA6.0软件比对发现侏儒抹香鲸和抹香鲸的GNAT2基因分别在148位和1012位插入了1个碱基 A,而抹香鲸的CNGB3分别在554位和1407位有1个碱基的缺失,导致提前终止密码子出现;另外,小须鲸CNGB3基因在1525 ~1527位出现了提前终止密码子,提示鲸类的这两个基因可能为假基因。通过I-TASSER在线预测GNAT2和CNGB3蛋白的三维结构,发现出现移码突变终止密码子的位置均位于这两个基因的重要功能域。另外,运用PAML软件的Branch model分析表明发生假基因的鲸类物种GNAT2和CNGB3基因出现选择压力放松,且假基因化可能是一个近期事件。侏儒抹香鲸、抹香鲸以及小须鲸的GNAT2和CNGB3基因出现假基因可能与其深潜习性以及完全的水生生境导致其色觉功能丢失相关。此外,Free-ratio model分析发现其他鲸类的ω值接近于1,说明GNAT2和CNGB3基因出现了选择压力放松,这可能是长期适应水生生境视觉退化的结果。     

鲸类视觉退化分子机制的研究：基于GNAT2和CNGB3基因的进化分析

鲸类是一类次生性的水生哺乳动物,其陆生祖先大约53-56Ma从陆地返回海洋。为了适应水下的弱光环境,鲸类的光感受器以视杆细胞为主,视锥细胞功能大多退化,缺乏辨别颜色的能力,然而鲸类视觉退化的分子机制尚不清楚。本文选择在视锥细胞中表达且对光传导级联反应起重要作用的GNAT2和CNGB3基因,通过PCR扩增、测序以及在数据库中下载已有的基因序列,共获得8个鲸类代表性物种的同源序列。MEGA6.0软件比对发现侏儒抹香鲸和抹香鲸的GNAT2基因分别在148位和1012位插入了1个碱基 A,而抹香鲸的CNGB3分别在554位和1407位有1个碱基的缺失,导致提前终止密码子出现;另外,小须鲸CNGB3基因在1525-1527位出现了提前终止密码子,提示鲸类的这两个基因可能为假基因。通过I-TASSER在线预测GNAT2和CNGB3蛋白的三维结构,发现出现移码突变终止密码子的位置均位于这两个基因的重要功能域。另外,运用PAML软件的Branch model分析表明发生假基因的鲸类物种GNAT2和CNGB3基因出现选择压力放松,且假基因化可能是一个近期事件。侏儒抹香鲸、抹香鲸以及小须鲸的GNAT2和CNGB3基因出现假基因可能与其深潜习性以及完全的水生生境导致其色觉功能丢失相关。此外,Free-ratio model分析发现其他鲸类的ω值接近于1,说明GNAT2和CNGB3基因出现了选择压力放松,这可能是长期适应水生生境视觉退化的结果。     

鲸类二次水生生境适应Epac1和Epac2基因的分子进化

心率即心脏跳动的速度，不仅反映了心脏的功能,还与寿命的长短及能量代谢有关。与大多数陆生哺乳动物相比，鲸类心率显著降低。降低的心率有助于鲸类寿命的延长及能量的高效利用，便于其适应极端的海洋环境，而这一适应的分子机制尚不清楚。鉴于此，本研究采用基于最大似然法的枝模型、枝位点模型结合蛋白质功能差异分析等方法，对控制心率的环状腺苷酸结合蛋白（Epac1 amp 2）基因进行适应性探究。分析结果表明，Epac1在长寿鲸类即须鲸类和抹香鲸（Physeter macrocephalus）组合进化支中检测到加速进化过程，且枝位点模型在须鲸类祖先支中检测到的强烈的正选择位点均位于功能重要的催化区；另外，该蛋白质在鲸类中还发生了显著的功能修饰（θ=0.5296 ± 0.1300；Plt;0.001）。对Epac2进行相同的分析发现，该基因在寿命长达200年之久的弓头鲸（Balaena mysticetus）中检测到的正选择位点同样位于功能重要的催化区。上述结果提示Epac1amp2在鲸类中均产生了适应性进化，这一方面可能有助于鲸类心率降低，另一方面也可能与其较长的寿命及高效的能量利用有关。     

鲸类二次水生生境适应Epac1和Epac2基因的分子进化

心率即心脏跳动的速度,不仅反映了心脏的功能,还与寿命的长短及能量代谢有关。与大多数陆生哺乳动物相比,鲸类心率显著降低。降低的心率有助于鲸类寿命的延长及能量的高效利用,便于其适应极端的海洋环境,而这一适应的分子机制尚不清楚。鉴于此,本研究采用基于最大似然法的枝模型、枝位点模型结合蛋白质功能差异分析等方法,对控制心率的环状腺苷酸结合蛋白（Epac1 amp 2）基因进行适应性探究。分析结果表明,Epac1在长寿鲸类即须鲸类和抹香鲸（Physeter macrocephalus）组合进化支中检测到加速进化过程,且枝位点模型在须鲸类祖先支中检测到的强烈的正选择位点均位于功能重要的催化区;另外,该蛋白质在鲸类中还发生了显著的功能修饰（θ=0.5296 ± 0.1300;Plt;0.001）。对Epac2进行相同的分析发现,该基因在寿命长达200年之久的弓头鲸（Balaena mysticetus）中检测到的正选择位点同样位于功能重要的催化区。上述结果提示Epac1amp2在鲸类中均产生了适应性进化,这一方面可能有助于鲸类心率降低,另一方面也可能与其较长的寿命及高效的能量利用有关。     

鲸类二次水生生境适应Epac1和Epac2基因的分子进化

心率即心脏跳动的速度,不仅反映了心脏的功能,还与寿命的长短及能量代谢有关。与大多数陆生哺乳动物相比,鲸类心率显著降低。降低的心率有助于鲸类寿命的延长及能量的高效利用,便于其适应极端的海洋环境,而这一适应的分子机制尚不清楚。鉴于此,本研究采用基于最大似然法的枝模型、枝位点模型结合蛋白质功能差异分析等方法,对控制心率的环状腺苷酸结合蛋白（Epac1 和Epac2）基因进行适应性探究。分析结果表明,Epac1在长寿鲸类即须鲸类和抹香鲸（Physeter macrocephalus）组合进化支中检测到加速进化过程,且枝位点模型在须鲸类祖先支中检测到的强烈的正选择位点均位于功能重要的催化区;另外,该蛋白质在鲸类中还发生了显著的功能修饰（θ=0.5296 ± 0.1300;P<0.001）。对Epac2进行相同的分析发现,该基因在寿命长达200年之久的弓头鲸（Balaena mysticetus）中检测到的正选择位点同样位于功能重要的催化区。上述结果提示Epac1和Epac2在鲸类中均产生了适应性进化,这一方面可能有助于鲸类心率降低,另一方面也可能与其较长的寿命及高效的能量利用有关。     

鲸类二次水生生境适应Epac1和Epac2基因的分子进化

心率即心脏跳动的速度,不仅反映了心脏的功能,还与寿命的长短及能量代谢有关。与大多数陆生哺乳动物相比,鲸类心率显著降低。降低的心率有助于鲸类寿命的延长及能量的高效利用,便于其适应极端的海洋环境,而这一适应的分子机制尚不清楚。鉴于此,本研究采用基于最大似然法的枝模型、枝位点模型结合蛋白质功能差异分析等方法,对控制心率的环状腺苷酸结合蛋白（Epac1 amp 2）基因进行适应性探究。分析结果表明,Epac1在长寿鲸类即须鲸类和抹香鲸（Physeter macrocephalus）组合进化支中检测到加速进化过程,且枝位点模型在须鲸类祖先支中检测到的强烈的正选择位点均位于功能重要的催化区;另外,该蛋白质在鲸类中还发生了显著的功能修饰（θ=0.5296 ± 0.1300;Plt;0.001）。对Epac2进行相同的分析发现,该基因在寿命长达200年之久的弓头鲸（Balaena mysticetus）中检测到的正选择位点同样位于功能重要的催化区。上述结果提示Epac1amp2在鲸类中均产生了适应性进化,这一方面可能有助于鲸类心率降低,另一方面也可能与其较长的寿命及高效的能量利用有关。     

鲸类二次水生生境适应Epac1和Epac2基因的分子进化

心率即心脏跳动的速度,不仅反映了心脏的功能,还与寿命的长短及能量代谢有关。与大多数陆生哺乳动物相比,鲸类心率显著降低。降低的心率有助于鲸类寿命的延长及能量的高效利用,便于其适应极端的海洋环境,而这一适应的分子机制尚不清楚。鉴于此,本研究采用基于最大似然法的枝模型、枝位点模型结合蛋白质功能差异分析等方法,对控制心率的环状腺苷酸结合蛋白（Epac1 amp 2）基因进行适应性探究。分析结果表明,Epac1在长寿鲸类即须鲸类和抹香鲸（Physeter macrocephalus）组合进化支中检测到加速进化过程,且枝位点模型在须鲸类祖先支中检测到的强烈的正选择位点均位于功能重要的催化区;另外,该蛋白质在鲸类中还发生了显著的功能修饰（θ=0.5296 ± 0.1300;Plt;0.001）。对Epac2进行相同的分析发现,该基因在寿命长达200年之久的弓头鲸（Balaena mysticetus）中检测到的正选择位点同样位于功能重要的催化区。上述结果提示Epac1amp2在鲸类中均产生了适应性进化,这一方面可能有助于鲸类心率降低,另一方面也可能与其较长的寿命及高效的能量利用有关。     

哺乳动物FoxL2基因的分子进化分析

本研究以FoxL2基因为研究对象,选取Gen Bank公布的26个物种的FoxL2基因氨基酸序列,代表脊椎动物中5纲15目21科24属,重点分析哺乳动物中该基因的结构与功能相关性以及其系统发育情况。结果表明:26条FoxL2基因序列存在非常保守的forkhead结构域,哺乳类比非哺乳动物多出丙氨酸、甘氨酸及脯氨酸重复区,其中多聚丙氨酸束的缩短可能与Ⅰ型BPES相关,而多聚丙氨酸束的延伸使核内蛋白错位和细胞质聚集导致Ⅱ型BPES。FoxL2含有较多磷酸化位点,推测其在体内的活性可能是通过磷酸化调控的。FoxL2基因氨基酸序列构建的系统发育树中亲缘关系较近的物种能够较好的聚在一起。     

鲸类低氧耐受的分子机制初探:基于HIF1α和TSC1基因的生物信息学分析

鲸类(Cetacea)具有超强潜水能力,长时间潜水造成的体内低氧是其适应完全水生生活面临的挑战之一.为了克服体内低氧环境,鲸类产生了一系列低氧耐受相关的解剖和生理等方面的适应特征,然而这一适应的分子机制仍不清楚.本研究选择在细胞感知和适应内环境氧分压变化的过程中发挥重要作用的低氧诱导因子(Hy-poxia-induci...     

蕨类植物psaA基因的分子进化研究

采用“放松分子钟”模型、氨基酸位点正选择模型和分子内共进化网络估算方法,对蕨类植物光合系统Ⅰ核心蛋白PSAA编码基因psaA的进化趋势进行了研究。结果显示,叶绿体基因psaA编码区全序列具备成为蕨类植物系统发育关系重建位点的潜力,与rbcL基因联合后能构建高后验概率的系统发育树;蕨类植物的PSAA蛋白中存在一些曾经历正选择的氨基酸位点,其中29个位点聚合成为16个共进化组,通过共进化网络的方式协同影响光合系统Ⅰ的内部调整,提升其在被子植物兴起后光合环境下的适应能力。本文对蕨类植物进化潜能与分子机理的研究结果为揭示蕨类植物适应新生境提供了科学依据,也为植物系统分类学研究提供了分子依据。     

我国地方品种萧山鸡白介素2基因的克隆和分子进化分析

鸡白介素细胞2（cIL-2）是新近确定的非哺乳动物类细胞因子。建立了体外诱导鸡IL－2的最佳条件,从ConA激活的脾脏T淋巴细胞中克隆了我国地方品种鸡（浙江萧山鸡）IL－2 cDNA。该基因全长737bp,编码143个氨基酸的前体蛋白质。其编码序列与已公布的3条鸡IL－2仅有1－5个氨基酸的差异,与火鸡的IL－2同源性高达69.4%,与其他哺乳动物IL－2的同源性在21.2%－29.4%之间。二级结构预测表明,N端存在一长22个氨基酸的前导肽,4个关胱氨酸形成两个链内二硫键,并存在类似人IL－2的4个α螺旋,这些结构在维持IL－2生物学活性中起到重要作用。另外D^40、Y^65、E^82、N^108和Q^142等 在酸可能参与鸡IL－2受体的结合。分子系统进货树分析表明,鸡IL－2和哺乳动物IL－2有着共同的祖先;在免疫系统选择性压力下,形成独特的种族特异性。     

关于青岛文昌鱼SoxB2和SoxC基因的研究：进化保守性分析

大多数Sox基因在细胞命运决定和分化过程中起着重要的作用.本研究分离了青岛文昌鱼（Branchiostoma belcheri）的SoxB2和SoxC基因,对其预测的蛋白序列进行了序列比对、进化树分析以及基因时空表达分析.结果显示,文昌鱼SoxB2和SoxC虽然在进化树中不属于脊椎动物SoxB2和SoxC进化支,但它们在进化过程中基因的结构和表达部位保守性很高,都具有保守的HMG结构域;这两个基因在胚胎发育早期都在神经外胚层和原肠腔壁表达,而在成体中不仅存在于神经索中,还存在于肠、肝盲囊、鳃和卵母细胞中.SoxB2和SoxC基因表达部位的相似说明两者可能在中枢神经系统、性腺及免疫系统的胚胎发育和成体的免疫应答过程中共同起作用;两者与脊椎动物同源基因的表达部位相同说明这两个基因在进化过程中可能功能保守.     

扬子鳄的CaSox4基因的分子克隆和进化分析

The completely identical HMG-box motif of CaSox4 gene from both male and female genomic DNA of the Chinese alligator (alligator sinensis) was cloned and sequenced by degenerate primer PCR.Compared with the human and mouse SRY,CaSox4 revealed 51% and 57% nucleotide homology respectively and 49% and 55% amino acid identity respectively,CaSox4 belongs to subgroup C of the Sox gene family.The GC content is 86% in the HMG-box region of the CaSox4 gene,Blast analysis showed that the CaSox4 gene shares 100^ amino acid identity with human Sox4.bird SoxLF4,turtle Sra4 and lizard CvSox4 genes.Casox4 may be orthologous with the human SOx4 gene.This indicates that CaSox4 gene shows the remarkable evolutionary conservation during the evolution of Alligator Sinensis,The extensive sequence conservation of the Sox4 gene between reptiles,mammals and birds suggests major functional constraints[Acta Zoologica Sinica 49(3):404-407,2003].     

水稻抗逆相关基因的分子进化分析

植物在进化过程中为了适应外界环境,已经具有一套完整的抵抗外界特殊环境的调控系统。但是,关于水稻抗逆相关基因的分子进化方面的研究还未见报道。文章通过Plant Tolerance Gene Database数据库,获得22个水稻抗逆相关基因。利用比较基因组学和生物信息学方法对水稻抗逆相关基因的进化动态进行研究,结果表明水稻抗逆相关基因在低等植物中比较保守;随着植物的不断进化和生存环境的改变,其基因数量也随之增加。具有相似抗性功能的基因往往具有相似的基因结构和基序(motif)结构。文章还发现4个保守motif 的存在：HRDXK、DXXSXG、LLPR和GXGXXG(X代表任意氨基酸)。在GSK1、RAN2抗逆基因中发现了3个特有的motif结构：GSK1特有的P-rich motif,RAN2特有的G-rich motif和E-rich motif。推测这些保守的motif结构与基因的抗逆功能密切相关。进化速率分析结果表明,尽管植物抗逆性相关基因在进化过程中受到较强的纯化选择作用,但是仍然有50%的抗逆性相关基因存在正选择位点。这些正选择位点的存在有可能为基因适应外界环境变化提供了重要的物质基础。     

猪獾苦味受体T2R2基因的分子克隆与进化分析

苦味的感知是机体有效的自我保护机制之一。文章采用PCR和克隆测序方法首次从猪獾基因组中获得一全长为1 169 bp的苦味受体T2R2基因DNA序列(GenBank登录号: FJ812727)。该序列含有完整的1个外显子(无内含子), 大小为915 bp, 编码304个氨基酸残基。其蛋白质等电点为9.76, 分子量为34.74 kDa。拓扑结构预测显示猪獾T2R2蛋白上含有N-糖基化位点、N-肉豆蔻酰化位点各1个, 蛋白激酶C磷酸化位点2个。整个蛋白质多肽链含有7个跨膜螺旋区, 4个细胞外区和4个细胞内区。亲水性/疏水性分析表明, 猪獾T2R2蛋白质为一疏水性蛋白, 其亲水性区段所占比例较小。种间相似性比较显示, 猪獾T2R2基因与犬、猫、牛、马、黑猩猩和小鼠的T2R2基因cDNA序列相似性分别为91.4%、90.6%、84.4%、85.4%、83.8%、72.1%, 氨基酸序列相似性分别为85.5%、85.8%、74.0%、77.6%、75.3%、61.5%。核苷酸替换计算和选择性检验结果表明, 猪獾T2R2基因与犬、猫、牛、马、黑猩猩和小鼠间存在着强烈的纯净化选择(Purifying selection), 即强烈的功能束缚(Functional constraint), 进一步分析发现该选择作用实际上主要存在于跨膜区。猪獾、犬、猫、牛、马、黑猩猩和小鼠的T2R2基因外显子核苷酸序列构建的基因树与其物种树的拓扑结构是相一致的, 表明T2R2基因适合于构建不同物种间的系统进化树。     

猪GATA-3基因的电子克隆、表达及其分子进化分析

基于猪的表达标签数据库电子克隆了猪的GATA-3基因,并通过RT-PCR验证了猪的GATA-3基因的核苷酸序列。测序结果显示猪的GATA-3基因的核苷酸长度由1,760bp个碱基组成,包括1,335bp的开放阅读框,编码产物为由444个氨基酸残基组成的多肽。通过半定量RT-PCR检测了GATA-3 mRNA在大白猪的各个组织的表达情况。GATA转录因子家族通常有2个Ⅳ型锌指蛋白结构,根据Ⅳ型锌指蛋白结构序列,使用Mega3．1软件构建了分子进化关系树。系统发育分析表明所有的脊椎动物的GATA转录因子都起源于共同的祖先,拓扑结构也表明进化过程中有多种事件发生,包括基因复制和Ⅳ型锌指蛋白结构域重组,根据所得数据有利于进一步了解GATA家族基因趋同和趋异的进化途径。     

冬虫夏草菌3个细胞核蛋白编码基因的分子进化

【目的】分析3个细胞核蛋白编码基因(csp1、MAT1-1-1和MAT1-2-1)在不同冬虫夏草菌株间的分子进化。【方法】从125个冬虫夏草样品中分别扩增csp1、MAT1-1-1和MAT1-2-1基因序列,比较外显子和内含子间以及2个交配型基因间的序列变异程度,比较基于不同基因或基因区域所构建的系统发育树拓扑结构的差异,分析3个基因承受的选择压力和DNA重组情况。【结果】3个蛋白编码基因外显子区的长度在不同菌株间高度保守,具有4.5%?5.7%的变异位点;内含子区的长度在不同菌株间相同或不同,具有1.8%?22%的变异位点。对于2个交配型基因,MAT1-1-1的碱基变异率低于MAT1-2-1。基于外显子与内含子构建的系统发育树的拓扑结构,以及基于2个交配型基因外显子构建的系统发育树的拓扑结构都存在明显差异。3个蛋白编码基因都经历着净化选择作用。基因内部的不同DNA位点间有重组,但3个基因片段之间没有明显的重组发生。【结论】由于冬虫夏草菌不同基因以及基因的不同区域表现出进化上的差异,所以在开展冬虫夏草菌进化相关的研究时,应该联合使用多个不同的基因片段。