几类"无线粒体"原生动物进化地位的探讨--来自DNA拓扑异构酶Ⅱ的系统分析证据

以贾第虫、毛滴虫、内变形虫和微孢子虫等为代表的几类寄生原生动物曾因为"无线粒体", 再加上其他一些似乎介于原核和真核细胞之间的原始特点和分子系统树中它们往往处在真核生物的最基部等证据, 而被有些人认为是目前已知的一类最原始的真核生物类群--Archezoa, 其进化地位应该是处在真核细胞通过"内共生"产生线粒体之前的极早阶段. 这一观点一度被部分学者认为对探讨真核细胞(生物)的起源、进化极为重要, 是进化生物学上的重要突破. 然而, 近年来不断有研究对此提出质疑. 我们首先扩增、测序并鉴定了蓝氏贾第虫、阴道毛滴虫和痢疾内变形虫的DNA拓扑异构酶Ⅱ序列, 再结合GenBank数据库中已有的脑炎微孢子虫和其他一系列处在不同进化地位的真核生物的相应序列数据, 用多种方法构建出分子系统树, 对这些"无线粒体"原生动物的进化地位进行了探讨. 结果表明, 由于DNA拓扑异构酶Ⅱ的特点和可以克服"长枝吸引"等以往分子系统分析中的不足, 所构建的系统树不仅能有效地反映出已普遍接受的真核生物各主要类群的系统关系, 而且显示出这些"无线粒体"原生动物不同于以前系统树所推测的进化地位: 它们并非是最早分支出来的真核生物, 而是在具有线粒体的生物如动基体类或菌虫类等之后才分化的、分别属于不同进化地位的类群. 结合近来在它们中发现了类似线粒体细胞器的证据, 我们认为这些"无线粒体"的原生动物虽然其中有些种类(如以贾第虫为代表的双滴虫类)进化地位很低等, 但总体上并非过去所认为的那么极端原始, 它们应该是线粒体产生之后因适应长期的无氧条件下的内寄生生活方式才分别分化出来的多源发生的不同生物类群.     

微孢子虫归类于真菌的评论

微孢子虫是一类专营寄生生活、无线粒体的单细胞真核生物,在分类学上一直归类于原生生物界,原生动物亚界。但最近对微孢子虫分子进化和系统发育的研究认为微孢子虫与真菌具有很近的亲缘关系,美国生物技术信息中心(NCBI)2002年将微孢子虫归类于真菌。本文予以综述和评论。     

蓝氏贾第虫核小体的初步研究

最原始的真核生物蓝氏贾第虫虽已有五种组蛋白,但以微球菌核酸酶水解却得不到规则的DNA片段。鉴于贾第虫的特殊进化地位,探讨其是否具有核小体结构,对于研究核小体的起源和进化具有重要的意义。采用改进的染色质铺展技术制备核小体并进行透射电镜观察。结果表明蓝氏贾第虫已有了直径约l0nm的核小体结构。作者认为核小体的形成可追溯到真核生物形成的初期甚至更早,核小体的完善则在真核生物形成之后。     

微孢子虫生物多样性研究的述评

微孢子虫作为一类专营细胞内寄生的低等的原生动物,有着比较悠久的进化历史。微孢子虫是一种既具有真核生物特征又具有原核生物特征的生物,同样具有生物多样性的本质,文章尝试用生物多样性的概念和原理,阐述原始的真核寄生物微孢子虫的物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性的研究概况。     

蓝氏贾第虫核纤层蛋白基因的初步研究

贾第虫一度被认为是迄今已知的最原始的真核细胞,但近来争议日盛。利用PCR和测序等技术,对蓝氏贾第虫(Giardia lamblia)的核纤层蛋白(lamin)基因进行了研究。结果表明：蓝氏贾第虫基因组中存在一个编码具有明显lamin特征的基因序列。如该基因序列的3’一端具有编码与核内膜亲和的特征性模体(motif)CaaX的序列;具有B型lamin基因所特有的高度保守的27bp片段,该片段编码高度保守的位于a螺旋杆状区的9氨基酸片段等。同时,这些序列特征又与多细胞的后生动物存在一定差异。这些事实说明在贾第虫中已经进化产生了典型真核细胞的B型lamin(基因)或至少是类似B型的lamin(基因),该生物的进化地位可能并非过去所认为的那么原始。     

原生动物基因组转座元件的研究进展

转座元件是一类广泛分布于真核生物的可移动的遗传因子, 可以引起基因重组和变异, 在物种进化及遗传改良中起着重要作用。针对近年来原生动物全基因组序列中大量发现的转座元件, 文章着重比较了转座元件在锥虫、利什曼虫、微孢子虫、变形虫和滴虫基因组序列中的存在种类、分布特征及其功能意义。原生动物转座元件以LINE 和SINE为主, 其次是DNA转座元件和LTR反转座元件, 部分转座元件在高A+T含量区富集, 预示着转座元件与基因组序列A+T含量有着紧密联系。根据不同种微孢子虫基因组之间转座元件的差异, 推测在微孢子虫基因组进化过程中, 至少经历了一次转座元件的丢失事件。最后对转座元件在原生动物寄生虫的进一步研究和应用作了展望。     

原生动物线粒体DNA的研究进展

目前已完成了多种原生动物mtDNA全序列的测定,对线粒体基因组有了较全面和深入的认识。本文总结了原生动物线粒体基因组结构、基因组成及基因表达等方面的研究进展,有助于进一步了解原始线粒体基因组的组成及其mtDNA进化,并为细胞的起源和真核生物进化的研究提供有价值的线索。     

从基因组分析贾第虫的核糖体合成系统

为探讨贾第虫细胞核内核糖体合成系统,及与典型的真核生物有何差异,首先,确定在典型真核生物中参与核糖体合成的129条共有的保守蛋白,然后用这些蛋白搜索贾第虫基因组以调查它们在贾第虫中的直系同源蛋白的情况,以对贾第虫的核糖体合成系统作一了解。结果表明：贾第虫具有89条这些蛋白的直系同源蛋白,包括参与rRNA甲基化和假尿嘧啶化的蛋白复合体成员,以及存在于90S、40S和60S复合体中的蛋白。贾第虫的核糖体合成系统与典型的真核生物相似,但还有40条蛋白在贾第虫基因组中找不到同源蛋白。这意味着贾第虫的核糖体合成系统较典型的真核生物简单。贾第虫虽然没有核仁结构,但其核糖体亚基合成的途径和机制可能与真核细胞相似,参与的成分不同于无核仁结构的原核生物,可能相对简单。     

寄生原生动物线粒体与适应性进化

真核生物的线粒体一般具有一定的典型的结构和功能。然而,在单细胞的寄生原生动物中却不断发现从数量、结构到功能均与典型线粒体明显不同的线粒体,表现出线粒体的巨大可塑性和丰富的多样性。该文对寄生原生动物中这些多样的线粒体进行了概述,并对形成这种多样性的根本原因,即这些生物对寄生生活微氧或无氧环境线粒体所发生的种种适应性进化进行了分析探讨。     

黏菌个体发育特征及其与系统发育关联的研究进展

黏菌作为真核生物“树冠”中的原始类群,是研究真核生物演化模式的重要分支。本文通过对黏菌在生活史不同阶段的生物学特征、行为与相关发育机制综述,展现了黏菌多样的细胞发生模式。通过对黏菌与变形虫门其他类群的系统发育关系进行阐述,比较了各类群间的同源特征,进一步说明了黏菌的个体发育特征与系统发育关联,为黏菌类群的演化研究提供理论支持。     

微孢子虫系统进化研究的变迁与展望

微孢子虫(Microsporidia)是一类专性细胞内寄生的单细胞真核生物,在科研、医疗、农业、商业等领域具有重要影响。由于其不具有某些典型的真核生物细胞结构,如线粒体、过氧化物酶体、高尔基体、鞭毛,曾将其归属于古真核生物谱系,认为其进化历程先于这些细胞器的起源,该假说也得到了一些生物化学和分子生物学研究证据的支持。然而,在最近十年里,通过更深入的研究,尤其是基于分子序列的系统进化分析,表明微孢子虫和真菌具有一定亲缘关系,并认为其结构的简约性恰好体现了微孢子虫营寄生生活的高度退化现象。目前对微孢子虫的系统进化仍存在各种不同意见,对其进化研究历史进行探讨有着重要意义。本文将按照时间顺序回顾微孢子虫进化分类研究过程中的各种研究成果,并讨论为什么微孢子虫独特的细胞和基因组特性会导致众多的学者在其进化分类问题上争执这么久。     

细胞的起源

作者从19世纪“细胞学说”提出后,纵观细胞学的研究,阐述了真核细胞的进化和起源问题。对真核生物的细胞核、染色体、线粒体和叶绿体的起源作了概括的论述,说明真核生物的祖先与古代嗜高温、嗜硫的原细菌关系密切,但真核生物不可能来自真细菌类。     

核仁进化研究取得进展

核仁(nucleolus)是普遍存在于真核细胞间期核中的最显著结构。它是rDNA转录和核糖体亚基组装的场所。如果说核糖体是合成蛋白质的“分子机器”,那么核仁便是制造这一机器的“母机”。中国科学院昆明动物研究所文建凡研究员领导的研究小组先是在一类低等的单细胞真核生物——贾第虫(Giardia)上证实了“不具核仁结构”的现象,那么这类生物是如何进行rDNA转录和核糖体亚基组装呢?     

线粒体DNA聚合酶的起源与演化

随着新的DNA聚合酶A家族成员的加入,家族内部的系统发育关系需要重新检查,来自大肠杆菌DNA聚合酶I(DNA Pol I)和它的细菌、噬菌体和真核细胞同源物被用来重建这个家族的系统发育史.分析显示:在真核生物演化的不同阶段,线粒体DNA聚合酶基因可能通过水平基因转移方式起源于不同类群的生物.原始真核生物线粒体DNA聚合酶基因可能来源于细菌,植物线粒体DNA聚合酶基因可能从质粒获得,而真菌和动物线粒体DNA聚合酶基因可能起源于T3/T7相关噬菌体.     

原生动物的现代分类

原生动物是指单细胞真核动物,也常简称为原虫。由于其本身的相对原始性,在历史上它们一直是引起分类混乱的主要类群,如在经典动、植物两界分类体系中,它们通常被处理为动物的一门,并人为地按运动器等的差别区分为鞭毛虫、肉足虫、孢子虫和纤毛虫等几大类(纲),实际上前两类中分别包括某些藻类和全部粘菌类,这些生物在植物分类中则分属若干门。     

肉足鞭毛类原生动物中宿主—共生体系统的研究

目前已在20多种变形虫和70多种鞭毛虫中发现细菌内共生体。大部分细菌内共生体位于宿主细胞质共生泡中,仅少数鞭毛虫的内共生体位于核质中。变形虫-细菌共生系统形成后,共生体影响宿主细胞基因,对其基因缺陷产生互补作用。灰胞藻类鞭毛虫-蓝绿藻共生体系统的研究表明,叶绿体起源于一种原始的共生蓝细菌。锥体亚目鞭毛虫细胞质内普遍含有双心体,该共生体可能是由来自波豆亚目的锥体类鞭毛虫遗传的。作者推测,继续研究鞭毛虫和原校生物共生关系起源的基本阶段,可阐明原生动物的共生系统起源的基本原则,并为真核细胞起源的理论提供进一步的证据;深入研究变形虫-细菌共生系统,可在遗传精细结构和代谢调节的进化方面为真核细胞内共生起源的理论提供分子水平上的证据。     

生物的分界与前源真核生物界的提出

根据本实验室对贾第虫（Ｇｉａｒｄｉａ）细胞核的观察、研究,并参阅有关文献及电镜照片报道,发现双滴虫类的细胞核有两个极原始的特征：１）还没有进化出核仁;２）核被膜尚不完整。它们在核分裂方面也是极原始的。据此,作者建议把Ｃａｖａｌｉｅｒ—Ｓｍｉｔｈ（１９８９）提出的源真核生物（Ａｒｃｈｅｚｏａ）超界中的源真核生物界划分为两个界,即以双滴虫门为代表的前源真核生物（Ｐｒｏａｒｃｈｅｚｏａ）界和包含目前所知的其他源真核生物的后源真核生物（Ｍｅｔａｒｃｈｅｚｏａ）界。     

有壳变形虫在我国第四纪古环境研究中的意义

有壳变形虫在我国第四纪地层中广泛分布,常见种有旋匣壳虫、无棘匣壳虫、针棘匣壳虫和砂壳虫未定种等。作为能在低pH环境下抗溶蚀的原生动物,它们在缺乏钙质化石的地层中是特别有用的环境标志。在我国,有壳变形虫在沿海平原与陆架海区是辨认海相、陆相和海陆过渡相沉积的宝贵标志。此外,有壳变形虫对于营养水平、沉积速率和其它环境参数反应灵敏,是第四纪地层古湖泊学的潜在指示化石。但是为了将有壳变形虫用于我国古湖泊学研究,需要对其现代分布进行定量的研究。 本文描述了一个新种,即亚洲鸟嘴虫Hoogenraadia asiatica。     

双滴虫与细胞核起源问题的探索：庆祝潘清华教师八十寿辰

分析了可能用作研究原始性细胞核的模型的涡鞭毛虫与双滴虫核,发现实际上只有后者是适用的。以蓝氏贾第虫（Giaridia lamblia）作为双滴虫类的代表,对其核作了多方面的考察,发现其核中确实还没有核仁;核被膜上有天然的缺口;但核内已经有了核骨架及5种组蛋白。比较的免疫印迹检查表明,在检查到的各种原生生物中,蓝氏贾第虫的着丝粒/动粒蛋白最接近于原细菌的相应蛋白。有人怀疑蓝氏贾第虫缺少线粒体及典型高尔基氏器等原始性特征实际上不过是由于过寄生生活所致。本文针对这种怀疑进行了多方面的分析。其实所有过自由生活的双滴虫类都没有线粒体及典型高尔基氏器,看来也全都没有核仁,核被膜全都有缺口。依据上述的发现,对真核细胞发生之初原始性细胞核的特性进行了推断,进而对细胞核的整个起源过程进行了分析：认为在真核细胞的原细菌祖先体内就已经有了核骨架;多个类核体的DNA结合在其上而构成了核区。我们关于组蛋白的分子进化研究表明,核小体组蛋白的共同祖先在极早的时候就已经分化成了4种。因此可以相信,真核细胞的原细菌祖先很早就有了4种核小体组蛋白和核小体。本文着重分析了染色体的起源过程并进一步发展了过去已经提出的核被膜起源于原始性内质网的学说（李靖炎,1979）,并分析论述了原始性细胞核的进化过程。     

黏菌——一种有智慧的生物

正在浩瀚的地球上,生活着这样一群原生生物:它们保有变形虫的身体构造,既像动物又像植物,传统的系统分类学将其归位于植物与真菌之间,属于菌物的一种,现在将其归类为原生动物。它们在相当长的一段时间里只是普普通通的单细胞生物,有时候却可以长成真正的"外星物种"形式,生长到3平方米那么大。特别是它们中的一部分种类,个体聚集在一起的时候居然可以生成多细胞体。这种古老、怪异、行为复杂的神秘生物类群就是黏