植物基因组大小进化的研究进展

不同的真核生物之间基因组大小差异很大, 并与生物体复杂性不相关, 在基因组中存在大量的非编码DNA序列是造成这种差异的主要原因, 特别是转座子序列。文章综述了植物基因组大小差异以及引起这种差异的主要进化动力的最新研究进展。植物基因组多倍化和转座子积累是导致基因组增大的主要动力, 而同源不平等重组和非正规重组则是驱动基因组DNA丢失的潜在动力, 以制约基因组无限制地增大。文中还讨论了植物基因组大小进化方向, 即总体趋势是朝着增大的方向进化, 某些删除机制主要是削弱这种增大作用但不能逆转。     

基于流式细胞术的北美冬青基因组大小测定

以10个北美冬青品种的嫩叶为材料,采用水稻‘日本晴’和二倍体大豆嫩叶为标样,检测北美冬青品种的核DNA含量及基因组大小,为北美冬青种质资源鉴定、基因组学研究以及新品种培育提供理论依据。结果表明：北美冬青品种间基因组大小存在显著差异。’Oosterwijk’、’Earlibright’、’Winter Red’、’Winter Gold’、’Apollo’、’Afterglow’和’Southern Gentleman’7个北美冬青品种基因组大小为728.46～852.99 Mb,推测这些品种为二倍体;’Cacapon’、’Red Sprite’和’Shaver’这3个品种北美冬青基因组大小为1954.99-2108.95 Mb,推测这3个品种为多倍体。’Apollo’和’Southern Gentleman’这两个雄性品种的基因组大小平均值明显小于其他雌性品种。本研究基于流式细胞术建立的北美冬青基因组大小测定方法可为该属其他植物的相关研究提供借鉴。     

昆虫基因组大小及其进化

基因组是物种遗传信息的集合,其大小是研究基因组进化、结构及功能的重要参数之一。本文介绍了测定基因组大小的方法,简述了基因组大小的进化假说及分子机制,综述了近年来昆虫基因组大小的研究进展,尤其是昆虫基因组大小变化的相关影响因子。总体而言,昆虫基因组大小变化是一个复杂的过程,与转座子的活性有密切的关系,是基因组序列丢失和获得两种过程平衡的结果。基因组大小的变化仍在不断地进化中,其对生物造成的影响是剧烈的,因此对昆虫的表型特征产生了重要的影响,但影响的程度和关系在不同的类群有明显的差异,表现出一定的随机性,目前尚未总结出明显的规律。昆虫是生物多样性最为丰富的动物类群,是研究基因组大小进化的最佳材料,随着越来越多的昆虫基因组被测序公开,对昆虫基因组数据进行深入分析,有利于破解基因组大小进化的"C值之谜",可为生物基因组大小的研究提供重要参考。     

34种秋海棠基因组大小比较与分析

以34种野生秋海棠(包括4个变种)为试材,水稻(Oryza sativa L.subsp.japonica Kato)为外标,采用流式细胞法测定其基因组大小,比较不同种、组之间基因组大小的差异,并分析与染色体数的相关性。结果表明:34种秋海棠基因组大小在0.292~2.554 pg之间,最大值约为最小值的9倍,平均基因组大小为0.863 pg,最小的为盾叶秋海棠(Begonia peltatifolia H.L.Li),最大的为水鸭脚秋海棠(B.formosana(Hayata)Masam.)。中国原产的30种秋海棠平均基因组大小(1C=0.925 pg)较南美洲原产的4种的(1C=0.398 pg)大,中国台湾原产的3种秋海棠基因组均比大陆原产的27种的大。中国原产秋海棠不同组间基因组的大小存在差异,同一组内基因组大小亦不相同,本研究所测材料以四室组的基因组最大,为1.285 pg,组内变化近3.2倍;秋海棠组和二室组次之,分别为0.895 pg和0.888 pg,组内变化近6.4、6.8倍;侧膜胎座组基因组最小,为0.721 pg,组内变化约1.2倍。相关性分析表明秋海棠基因组大小与染色体数无显著相关性。本结果可为秋海棠遗传多样性分析及基因组学研究提供一定的基础数据。     

花楸属3种植物的基因组大小与叶气孔特征分析

以糍粑沟花楸(Sorbus cibagouensis H.Peng&Z.J.Yin)、大理花楸(S.hypoglauca(Cardot)Hand.-Mazz.)和川滇花楸(S.vilmorinii C.K.Schneid.)为材料,采用流式细胞术对其基因组大小及倍性进行检测分析,同时应用光学显微镜和扫描电子显微镜对其气孔特征进行观察。结果显示,3种花楸属植物的基因组大小和倍性、气孔特征均存在一定差异。糍粑沟花楸、大理花楸和川滇花楸的基因组大小分别为:(1.480±0.039)pg、(1.513±0.041)pg、(2.675±0.065)pg,在此基础上推断糍粑沟花楸和大理花楸为二倍体、川滇花楸为四倍体植物。显微镜观测发现:3种花楸属植物的气孔器均分布于叶的下表皮,气孔不下陷,保卫细胞无“T”型加厚结构,气孔类型为无规则形;糍粑沟花楸和川滇花楸的气孔器外拱盖光滑,而大理花楸气孔器外拱盖具有短棒状蜡质纹饰;3种植物的气孔器大小存在极显著差异。研究结果表明花楸属植物的基因组大小与倍性呈显著正相关,可用于推断植物的倍性;而气孔器大小和密度与倍性的相关性不大,但气孔特性在种间变化显著,可为种的鉴定提供科学的理论依据。     

内蒙古草原不同基因组大小植物对氮水添加的响应

被子植物基因组大小的种间差异巨大,约为2400倍.基因组大小与植物从细胞核到个体水平的一系列性状密切相关,进而影响植物对环境变化的响应.作为水分和养分共同限制的生态系统,内蒙古草原植物群落对氮素、水分有效性变化的响应具有明显的种间差异,这种差异可能与种间基因组大小不同有关.本研究利用流式细胞术测定了内蒙古典型草原水分、氮素添加实验平台植物的基因组大小,研究了不同基因组大小植物地上净初级生产力(ANPP)和物种丰富度对水分、氮素添加及其交互作用的响应.结果表明:基因组大小显著影响了不同植物ANPP对水分的响应,小基因组植物ANPP对氮水添加响应更敏感,加水和氮水共同添加显著增加了小基因组植物ANPP,而大基因组植物ANPP对所有处理响应均不显著.加氮对大小基因组植物ANPP都无显著影响.大小基因组植物的物种丰富度对氮水添加的响应也均不显著.基因组大小影响内蒙古草原不同植物ANPP对水分增加的响应.作为植物细胞核水平上十分稳定且种间差异巨大的物种性状,将基因组大小引入生态学研究将对全球变化背景下生态系统结构与功能变化研究起到重要作用.     

利用流式细胞仪测定荚蒾属植物的基因组大小

荚蒾属 (Viburnum) 植物在园林中广泛用作观赏灌木,并且其具有优良园艺性状的杂交种在世界范围内越来越受欢迎。本研究利用流式细胞仪测定了14种荚蒾属植物的基因组大小。二倍体中基因组大小变化范围是255pg（陕西荚蒾）到426pg（琼花）。同时,琼花的核型也较不对称,这可能反应了它的育种历史。四倍体物种珊瑚树的基因组大小（762pg）是其他二倍体物种的两倍还多,这揭示了该属的多倍化在进化中可能并不遥远。该研究为荚蒾属细胞遗传学和分类学的深入研究奠定了基础,并为该属杂交育种提供有用的信息。     

基于流式细胞术的海菜花属植物基因组大小测定

利用改良的裂解液P1,以中国古代莲(Nelumbo nucifera Gaertn.Fruct.et Semin)为外标,采用流式细胞术(FCM)对海菜花属(Ottelia Pers.)6个代表性物种及3个存疑类群的基因组大小(C值)进行测定,并对海菜花属系统发育关系进行评估。结果显示:所测定的材料中,水菜花(Ottelia cordata(Wall.)Dandy)C值最小(6.759 pg),灌阳水车前(O.guanyangensis Z.Z.Li,S.Wu&Q.F.Wang)C值最大(12.929 pg);对基因组大小与该属系统发育树进行比较分析,结果发现该属植物基因组大小与系统发育关系具有一致性;对海菜花属3个存疑类群进行分子系统学研究,结果发现存疑类群与嵩明海菜花(Ottelia acuminata var.songmingensis Z.T.Jiang,H.Li&Z.L.Dao)及灌阳水车前的关系最近,而与水菜花的关系较远,这与基因组大小变异相一致。根据基因组大小进一步推测3个存疑类群很可能为二倍体。本研究结果可为海菜花属植物的系统学研究提供新资料,同时为该属植物基因组学研究提供基础数据。     

稀有鮈鲫与其他模式实验鱼类基因组大小的比较

稀有(鱼句)鲫 (Gobiocypris rarusYe et Fu)是我国特有的小型实验鱼类,具有性成熟期短、繁殖季节长、产卵频率高等特点1,已在生态毒理和鱼病学等研究中得到应用,显示了它作为实验鱼类的良好潜力。       

海三棱藨草及其近缘种基因组大小的测定

基因组大小是物种基因组的重要特征,通常用DNA C值来衡量,能够用于快速判断基因组倍性,并为分类学与进化生物学提供重要依据。海三棱藨草(Scirpus mariqueter)是长江口和杭州湾具有重要生态意义的标志性物种,被认为是扁秆藨草(S. planiculmis)和藨草(S. triqueter)的杂交种,因染色体小而难以准确确定倍性。近年来,部分研究者指出该物种的分类和命名存在疑点。该研究通过基因组Survey分析检测海三棱藨草样本CJ1的基因组特征,测序深度约为120 ×,并以绿豆(Vigna radiata)为参考标准,利用流式细胞术测定了海三棱藨草及其同域近缘种扁秆藨草和藨草以及海三棱藨草和扁秆藨草的杂交F1共13个样本的DNA C值和相对倍性。结果表明:(1)基因组Survey分析测得CJ1的基因组大小为244.12 Mbp,杂合率为0.68%,重复序列比例为42.38%,GC含量为37.25%。(2)流式细胞术测得来自不同区域的海三棱藨草各样本的基因组倍性相同,1C值在234.87 ～ 242.5 Mbp之间,其中CJ1的基因组大小与基因组Survey检测结果高度一致。(3)扁秆藨草的1C值在251.77 ～ 264.13 Mbp之间,藨草1C值为537.33 Mbp。根据上述基因组大小,认为海三棱藨草不可能是这两者的杂交种。该研究补充了海三棱藨草及其近缘种的基因组特征,为后续全基因组测序奠定基础,同时也否定了海三棱藨草起源于扁杆藨草和藨草杂交的假说。     

几种鲟鱼基因组大小、倍体的特性及鲟形目细胞进化的探讨

采用Ｆｅｕｌｇｅｎ－显微分光光度计方法,以鸡红细胞为标准ＤＮＡ（３．２２ｐｇ／２Ｃ）测定了长江白鲟、达氏鲟、中华鲟、史氏鲟和北美匙吻鲟的体细胞基因组大小（ＤＮＡ含量）。结果表明,上述五种鲟鱼ＤＮＡ含量分别为４．１１、８．２６、９．０７、６．０７和３．９６ｐｇ。长江白鲟和北美匙吻鲟均属于四倍体鱼类,分布在长江水系的中华鲟和达氏鲟两种鲟属鱼类为八倍体类型。史氏鲟初步判断为八倍体,据分析可能存在四倍体的     

氧化葡萄糖酸杆菌SCB329基因组的大小与结构的研究

收集维生素C产生菌氧化葡萄糖酸杆菌GluconobacteroxydansSCB32 9的纯培养对数期的菌体 ,采用凝胶包埋法制备完整染色体 ,用稀有酶切位点的限制性内切酶和脉冲场电泳技术对SCB32 9的基因组进行了分析 ,SpeⅠ (5′ ACTAGT)酶切有 2 4个片段 ,其大小从 1 0kb到32 0kb,用XbaⅠ (5′ TCTAGA)酶切产生 40个片段 ,其大小从 4kb到 2 0 0kb,综合两种限制酶酶切片段长度的总和结果 ,SCB32 9基因组大小为 2 70 0kb,SCB32 9基因组由一条 2 50 0kb的染色体和一个 2 4 5kb的质粒组成。通过用脱氧核糖核酸酶Ⅰ和S1核酸酶处理其基因组后电泳证实SCB32 9的染色体和质粒的拓扑学结构均为环状     

GENOME SIZE IS NOT CORRELATED WITH EFFECTIVE POPULATION SIZE IN THE ORYZA SPECIES

Genome sizes vary widely across the tree of life and the evolutionary mechanism underlined remains largely unknown. Lynch and Conery (2003) proposed that evolution of genome complexity was driven mainly by nonadaptive stochastic forces and presented the observation that genome size was negatively correlated with effective population size (N_e) as a strong support for their hypothesis. Here, we analyzed the relation between N_e and genome size for 10 diploid Oryza species that showed about fourfold genome size variation. Using sequences of more than 20 nuclear genes, we estimated N_e for each species after correction for the effects of demography and heterogeneity of mutation rates among loci and species. Pairwise comparisons and correlation analyses did not detect a negative relationship between N_e and genome size despite about 6.5‐fold interspecies N_e variation. By calculating phylogenetically independent contrasts (PICs) for N_e, we repeated correlation analysis and did not find any correlation between N_e and genome size. These observations suggest that the genome size variation in the Oryza species cannot be explained simply by the effect of effective population size.     

THE LIFE HISTORY OF COLEOCHAETE SCUTATA (CHLOROPHYCEAE) STUDIED BY A FEULGEN MICROSPECTROPHOTOMETRIC ANALYSIS OF THE DNA CYCLE1,2

The life history of Coleochaete scutata Bréb. was analyzed by Feulgen microspectrophotometry, a technique measuring DNA content in individual nuclei. By correlating nuclear DNA content with morphological structures or stages in the life history, changes in ploidy level are revealed. The microspectrophotometric study confirmed the earlier reports of a haploid vegetative thallus with mitotic division restricted primarily to the margin of the thallus. In the mitotic cycle the G₁ (pre-synthesis) phase is longer in duration than the synthesis find G₂ (post-synthesis) phases. Oogamous sexual reproduction results in resistant oospores which attain DNA levels of 2C 8C (1C being the DNA level of gamete nuclei).     

偃麦草属三个种的染色体组研究

本文综合应用体细胞染色体分带、杂交一代 PMc MI 染色体构型统计和同工酶分析,研究了偃麦草属三个种的染色体组构成。结果表明:中间偃麦草不含与小麦同源的 B 组,有两个组部分同源,其染色体组可用 xE_1E_2表示。长穗偃麦草(10x)也不含 B 组,有四个组两两部分同源,是部分同源异源十倍体,染色体组公式为 xE_1E_1F_1F_2。四倍体偃麦草的两个染色体组间缺少同源性。     

鹅观草属三个种的染色体组分析与同工酶分析

本文通过对鹅观草属的三个种:鹅观草(Roegneria kamoji Ohwi)、纤毛鹅观草(R. ciliaris (Trin.) Nevski)和竖立鹅观草(R. japonensis (Honda)Keng)的染色体组分析和二种同工酶电泳酶谱的分析,研究了这三个种的系统关系。两个种均含有两个相同的染色体组。R. kamoji和R. ciliari、R. japonensis的杂种F_1减数分裂均不正常,不能结实;而R. ciliaris和R. japonensis的正反交杂种F_1减数分裂规则,结实正常,两个种之间无生殖隔离。R. kamoji的酯酶和酸性磷酸酯酶同工酶谱与R. ciliaris和R. japonensis有明显区别,而后二种的上述酶谱无明显差异。上述结果均一致地支持了将R. ciliaris和R. japonensis合并为一种的观点,将R. japonensis处理为R. ciliaris的变种。     

形目8种鸟类线粒体DNA多态性研究

采用１４种限制性内切酶,对号鸟形目８种鸟类（Ｔｙｔｏａｌｂａ、Ｔｃａｐｅｎｓｉｓ、Ｏｔｕｓｂａｋｋａｍｏｅｎａ、Ｏｓｃｏｐｓ、Ａｓｉｏｏｔｕｓ、Ａｆｌａｍｍｅｕｓ、Ｓｔｒｉｘａｌｕｃｏ、Ｇｌａｕｃｉｄｉｕｍｃｕｃｕｌｏｉｄｅｓ）线粒体ＤＮＡ进行限制性片段长度多态分析,结果表明：不同种间存在基因组长度多态性,短耳号鸟为２３３５ｋｂ,长耳号鸟为１９７８ｋｂ,斑头鸺留鸟为１８６２ｋｂ,红角号鸟为１７６５ｋｂ。号鸟形目种间具有较高的遗传变异,其中仓号鸟和草号鸟的平均遗传距离为１０％,长耳号鸟和短耳号鸟平均为１０８％,红角号鸟和领角号鸟平均为１３１％,灰林号鸟和斑头鸺留鸟为１２３％,其中红角号鸟与斑头鸺留鸟的平均遗传距离最大为１７５％。号鸟形目鸟类线粒体ＤＮＡ的进化速率为每百万年变化２０％～２２％,提示号鸟形目两个科间在距今２８００～３０００万年前分歧开来,同时,鸱号鸟科各种间的分歧时间在距今２０００～２５００万年前,即处于中新世中期。     

FEULGEN MICROSPECTROPHOTOMETRIC INVESTIGATION OF THE LIFE HISTORY OF FRITSCHIELLA TUBEROSA(CHLOROPHYCEAE)1

A Feulgen microspectrophotometric analysis of successive generations of Fritschiella tuberosa Iyengar revealed an asexual repeating of one generation rather than an obligate alternation of isomorphic generations as previously described. F. tuberosa regularly reproduces asexually by the release of one quadriflagellate zoospore produced/cell in all parts of the upright and prostrate portions of the thallus. In the vegetative thalli, nuclei in the G₁ (pre-synthesis), synthesis, and G₂ (post-synthesis) phases of the mitotic cycle are all well-represented.     

PATTERNS OF GENOME SIZE EVOLUTION IN TETRAODONTIFORM FISHES

Abstract We used flow cytometry to measure genome size in 15 species from seven families and subfamilies of tetraodontiform fishes. Previous studies have found that smooth pufferfishes (Tetraodontidae) have the smallest genome of any vertebrate measured to date (0.7–1.0 picograms diploid). We found that spiny pufferfishes (Diodontidae, sister group to the smooth puffers) possess a genome that is about two times larger (1.6–1.8 pg). Mola mola, a member of the sister group to Diodontidae and Tetraodontidae, also has a relatively large genome (1.7 pg). Parsimony analysis of this pattern indicates that the plesiomorphic condition for Molidae (Diodontidae, Tetraodontidae) is a genome size of 1.6–1.8 pg, and that tiny genome size is a derived character unique to smooth puffers. However, an alternative explanation is that the ancestor of Tetraodontidae acquired a heritable tendency toward decreasing genome size, such as a new or modified deletion mechanism, and genome size in all of the tetraodontid lineages has been decreasing in parallel since the split from Diodontidae. Small genome size (1.1–1.3 pg) also appears to have evolved independently in some members of Balistoidea (triggerfishes and filefishes) within Tetraodontiformes.     

我国痘苗病毒天坛株基因组左端限制酶位点的变异

本文用分子杂交及酶谱分析的方法,证明了我国痘苗病毒天坛株基因组Hind Ⅲ Dc片段来自Hind Ⅲ C片段,是由于后者Hind Ⅲ酶切位点变异造成的。