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.     

基于基因家族大小的比较研究脊椎动物的适应性进化

同源基因家族的拷贝数在不同物种间普遍存在差异,这种差异是由不同的基因得失速率引起。众所周知,基因拷贝数变异是特定物种表型创新的可能原因。本研究选取具有代表性的脊椎动物主要类群并跨约6亿年进化时间的64个物种,鉴定了它们的同源基因家族,揭示了脊椎动物基因家族大小的进化模式。结果表明:在推断的存在于脊椎动物最近共同祖先的6857个基因家族中,有6712个都在至少一个种系中发生了大小的变化,而且基因家族在大多数种系中都是收缩的;其中,霍氏树懒(Choloepus hoffmanni)中有最高的基因家族收缩水平,而在斑马鱼(Danio rerio)中则相反。基于脊椎动物基因家族大小进化的高度动态性,本研究从基因家族大小变化的角度鉴定了一些可能与特定脊椎动物类群进化有关的基因组信号。结果观察到在现存真骨鱼类最近共同祖先基因组中出现了可能因全基因组复制所导致的高比例的基因家族扩增现象,随后在后裔物种中发生基因收缩事件。此外,本研究还发现了硬骨鱼特异性的orphan基因可能对这些鱼类在水生环境中的适应性进化有所贡献的证据,如在有些硬骨鱼中orphan基因与鳍、尾巴、肾脏等发育有关。本研究结果有助于深入了解脊椎动物基因家族大小的进化,同时为理解脊椎动物基因组进化与表型多样性的联系提供了理论证据。     

云南发现新的全骨鱼类化石

正据英国皇家学会《生物学报》报道,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、浙江自然博物馆和芝加哥大学组成的研究小组在云南省罗平县三叠纪地层中发现辐鳍鱼亚纲中一种新的全骨鱼类化石,命名为罗平强壮鱼(Robustichthys luopingensis)。该发现为研究全骨鱼类的早期演化和预言鱼目(Ionoscopiformes)的起源提供了关键性的证据。全骨鱼类是真骨鱼类(现生脊椎动物中最大的类群)的姐妹群,在研究辐鳍鱼亚纲新鳍鱼     

基于转录组数据揭示4种兜兰的全基因组复制历史

多倍化或全基因组复制(WGD)是物种多样性发生的重要驱动力。目前, 在蕨类、菊科以及豆科等类群丰富的植物中已多次报道全基因组复制事件, 而兰科(Orchidaceae)全基因组复制事件报道极少, 与其丰富的物种多样性存在矛盾, 推测与前期样本量小但类群跨度大的研究策略有关。选取染色体数目变异丰富且多样性较高的兜兰属(Paphiopedilum)为兰科植物代表类群, 基于共享数据库中4种兜兰的转录组数据, 采用同义替换率(K_s)、系统发生基因组学以及相对定年的方法分析兜兰属植物是否发生过全基因组复制事件。结果表明, 在4种兜兰中均检测到3次全基因组复制事件, 分别发生在110.17-119.77 Mya (WGD1)、60.95-74.19 Mya (WGD2)和38.19-45.85 Mya (WGD3)。其中, WGD3为新检测到的全基因组复制事件, 推测其发生在杓兰亚科(Cypripedioideae)与姐妹类群分化后, 兜兰属与姐妹类群分化之前。此外, 3次全基因组复制事件发生后优先保留的基因拷贝在功能上多与当时的环境胁迫响应相关, 推测全基因组复制提高了兜兰属植物祖先对当时极端环境变化的适应性。     

云南罗平中三叠世翼鳕属一新种及早期辐鳍鱼类系统发育关系（英文）

辐鳍鱼亚纲是现存脊椎动物中最大的类群,包括腕鳍鱼次亚纲、辐鳍鱼次亚纲(包括软骨硬鳞类和新鳍鱼类)和亲缘关系密切的化石类群。已灭绝的翼鳕属(Pteronisculus)是隶属于辐鳍鱼亚纲的一个干群,包括产于马达加斯加、欧洲和北美下三叠统的11个种和中国中三叠统的一个种。根据滇东罗平中三叠世(安尼期)海相地层中发现的5块保存完好的化石,命名翼鳕属一新种,张氏翼鳕(Pteronisculus changae sp. nov.)。这是翼鳕属在中三叠世的第二个确切种,最大体长达295 mm,代表了罗平生物群中已知体型最大的辐鳍鱼亚纲干群物种。新种具有翼鳕属的独特衍征,泪骨具有牙齿,但它又有明显区别于本属其他种的自近裔特征,如间颞骨中部有一个内突起,21根上神经骨,83列侧线鳞。分支分析结果为早期辐鳍鱼类系统发育关系提供了新的见解,认为翼鳕属是Cyranorhis的姐妹群。根据体型和口缘牙齿等特征推测张氏翼鳕是一个快速游动的捕食者,以浮游无脊椎动物和体型较小的鱼类或鱼类幼体为食。作为翼鳕属最年轻的成员之一,张氏翼鳕的发现进一步表明翼鳕的多样性比我们过去认识的要高,古特提斯洋东缘可能是该属在中三叠世早期的避难所。     

转录组测序揭示翼盖蕨(Didymochlaena trancatula)的全基因组复制历史

全基因组复制在动植物中普遍存在, 被认为是促进物种进化的重要动力之一。作为蕨类植物的单种科物种, 翼盖蕨(Didymochlaena trancatula)是真水龙骨类I的基部类群, 在蕨类中具有独特的演化地位。本研究基于高通量测序, 通过同义替换率(Ks)分析、相对定年分析揭示翼盖蕨的全基因组复制发生情况。Ks分析表明, 翼盖蕨至少经历了两次全基因组复制事件, 其中一次发生于59-62 million years ago (Mya), 另一次发生于90-94 Mya, 这两次全基因组复制事件分别和白垩纪第三纪的Cretaceous-Tertiary (C-T)大灭绝事件以及翼盖蕨的物种分化时间相吻合。进一步对两次全基因组复制保留的基因进行功能注释和富集分析, 结果显示与转录及代谢调控相关的基因优势被保留。翼盖蕨的全基因组复制事件可能促进了该物种的分化及其对极端环境的适应性。     

谱系特有基因研究进展

谱系特有基因(Lineage-specific genes,LSGs)是指在一个谱系中特有并与其他物种谱系所有基因没有明显序列相似性的基因,约为物种基因组全部基因数量的10%~20%,于1996年首次在完成全基因组测序的酵母基因组中大量发现。大规模测序技术的发展使谱系特有基因研究成为比较基因组学的研究热点,已在微生物、海洋低等生物、植物(如拟南芥、水稻、杨树)、昆虫及高等灵长类动物等多个物种或类群中展开,其生物功能对于阐明物种进化历程和生物适应性具有重要意义。文章介绍了谱系特有基因的研究背景和现状,从谱系特有基因获取、基因结构分析、进化起源、生物功能、表达特性分析等方面阐述谱系特有基因的研究进展,分析了存在的问题和后续研究方向,以期为相关研究提供参考。     

斑鳞鱼化石的研究引起学术界的关注

最近，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所朱敏博士等对发现于云南曲靖的一种原始硬骨鱼──斑鳞鱼（Ｐｓａｒｏｌｅｐｉｓ）进行了细致研究。１９９９年２月１８日出版的英国《Ｎａｔｕｒｅ》杂志报道了他们的研究成果。同期发表的Ｐ．Ｅ．Ａｈｌｂｅｒｇ博士的评论文章认为：“斑鳞鱼具有意想不到的特征组合，将促使我们重新审视脊椎动物进化树；该鱼的发现对‘辐鳍鱼类’和‘肉鳍鱼类’的传统定义提出了质疑，这将对硬骨鱼类进化模式的解释产生重大影响”。在生命史中，硬骨鱼类的起源无疑是一次非常重大的事件。然而，由于化石材料的缺…     

脊椎动物从水生到陆生演化过程中的遗传创新

泥盆纪时期(4 亿年前)脊椎动物登陆事件是脊椎动物演化史上的一次巨大飞跃,需要脊椎动物在呼吸系统、运动系统和神经系统等诸多方面进行系统革新[1,2],从而适应从水生到陆生环境的改变.长期的古生物学和系统分类学研究显示,现存四足动物最近的鱼类近亲是肺鱼,而肉鳍鱼亚纲(包含空棘鱼、肺鱼和四足动物)与辐鳍鱼亚纲(常见的各种鱼...     

乌龟线粒体全基因组序列和结构分析

龟鳖类同其它类群脊椎动物的系统进化关系一直存在争论。为进一步从分子水平上探讨这一问题,本文参照近源物种的线粒体基因组,设计了16对特异引物,采用PCR产物直接测序法测得了乌龟线粒体基因组全序列。结果表明:乌龟线粒体基因组序列全长16576bp,包括2个rRNA基因、22个tRNA基因、13个蛋白质编码基因和1个非编码控制区。乌龟线粒体基因组结构和基因排列顺序与其它龟鳖类相同,在“WANCY区”包含一个“stemloop”结构,ND3基因174位点存在一个额外插入的腺苷酸(A)。本文通过比较分析结构基因在主要脊椎动物类群中的排列顺序,探讨了龟鳖类与其它主要脊椎动物类群的系统进化关系     

全基因组复制事件的绝对定年揭示莲座蕨属植物的迟滞演化

全基因组复制在维管植物的物种形成过程中普遍存在, 被认为是物种适应极端环境的重要机制之一。确定全基因组复制事件的发生时间对理解生物的适应性演化具有重要意义。然而, 在维管植物, 特别是蕨类植物中, 全基因组复制事件的发生时间及其演化意义仍知之甚少。本研究以蕨类植物重要基部类群——福建莲座蕨(Angiopteris fokiensis)为例, 基于不同采样点(广东、广西、上海)的3个转录组学数据, 利用同义替换率(Ks)和绝对定年的方法分析全基因组复制事件的发生时间和物种单位时间内的分子演化速率, 并对事件发生后保留下的基因进行基因功能注释和富集分析。结果表明, 福建莲座蕨在159‒165 Mya发生了一次全基因组复制事件, 该复制事件优先保留的基因主要与营养代谢、信号传导、适应调节和组织结构生长相关。另外, 福建莲座蕨的分子演化速率为1.66 × 10^‒9 (同义替换/位点/年), 是除裸子植物外, 陆生植物中已知演化速率最缓慢的类群。综合以上研究结果, 我们推测福建莲座蕨全基因组复制的发生可能与裸子植物繁盛、核心被子植物集中兴起或托阿尔阶灭绝事件有关。而复制后显著保留基因可能促进了莲座蕨属(Angiopteris)植物的遗传和形态创新, 从而帮助其快速适应环境的剧烈变化。进一步对该类群植物演化速率缓慢的原因进行讨论, 推测莲座蕨属缓慢的演化速率可能与其本身世代周期长、基因组较大及其生长环境稳定有关。本研究通过分析福建莲座蕨的全基因组复制历史和复制基因的保留模式, 推测全基因组复制事件对促进演化速率较慢的植物适应极端环境变化具有重要意义, 可为理解其他陆生植物的适应性演化提供更多启发。     

云南罗平发现世界上最早的铰齿鱼类新属种：优美玉带鱼

<正>铰齿鱼类包括拱鱼目、半椎鱼目和鳞骨鱼目。生活在中北美和古巴淡水环境的雀鳝是铰齿鱼类鳞骨鱼目的现生代表,被称为活化石,为新鳍鱼类的研究提供了重要信息。新鳍鱼类是辐鳍鱼亚纲最大的演化支系,几乎分布于地球上各种水环境。除了多鳍鱼和鲟鱼,其他所有的现生辐鳍鱼类都属于新鳍鱼类。《古脊椎动物学报》最新报道了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐光辉研究团队在我国云南罗平发现了两亿四千万年前一种新的铰齿鱼类:优美玉带鱼。优美玉带鱼,可归入     

33种鱼类微型反向重复转座元件鉴定

微型反向重复转座元件(MITEs)是一类短的非自主DNA转座子, 其分布的位置会对宿主产生影响。文章使用生物信息学的方法对无颌类、软骨鱼纲、肉鳍鱼纲和辐鳍鱼纲鱼类基因组进行了MITEs预测, 最终在33种鱼类基因组中鉴定出2433个MITEs家族。文章发现鱼类基因组中MITEs含量存在较大差异(0.11%—21.18%), 并且MITEs含量与鱼类基因组大小呈正相关关系。根据末端重复序列(TIRs)和靶位点重复序列(TSDs)的特征将MITEs分为10个超家族, 其中TC1-Mariner超家族的含量最高。MITEs在鱼类基因组中的插入事件主要发生在4百万年前至今, 大多数物种的MITEs在2百万—0.5百万年前发生了爆发式扩增。鱼类基因组中的MITEs多数插入到基因内部或附近, 这些转座子可能在基因的表达调控方面存在重要作用。     

脊椎动物基因组与基因复制研究进展

脊椎动物的出现是动物进化历史上一次质的飞跃.由于所有的脊椎动物在其胚胎发育中都呈现连续的解剖学特征,因此过去很多学者都根据现存脊椎动物的形态特征和在其发育过程中的解剖学特征假想原始脊椎动物,并推导其进化过程和起源.近年来的研究表明,通过对脊椎动物和与之亲缘关系接近的物种之间进行基因家族、染色体结构分析,可以对脊椎动物进化提供很多线索和证据.更多的研究表明,脊椎动物在进化过程中很可能发生过整体基因组的复制, 基因和/或基因组的复制可能是引起脊椎动物形体结构复杂性增加的根本原因.因此,基因和基因组的复制正在成为生物进化研究的热点问题.但这两种复制方式中哪一种是产生动物形体结构和功能复杂性增加最重要的原因尚有争论.     

用模式生物青鳉概观硬骨鱼性别决定及性分化研究进展

鱼类性别决定和性分化呈多元性,既有雌雄同体也有雌雄异体。性腺的雌雄性分化过程受遗传和环境因素(如温度、光照、激素和pH值等)影响,具有可逆可塑性。随着生物技术和基因组学的迅速发展,近年来脊椎动物性别决定和性分化的研究有了重大进展和显著突破。本文通过聚焦青鳉及其他硬骨鱼纲保守存在的dmrt1、gsdf、amh等雄性因子,探讨硬骨鱼普遍存在的雌雄性别可塑可逆信号通路,并介绍了新的基因组编辑和性控育种技术,为单性选育等水产养殖技术的研发提供参考。     

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。     

云南罗平发现世界上最早的卵胎生新鳍鱼类

正据《科学通报》最新报道,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所徐光辉研究员在我国云南发现了两亿四千四百万年前一种新的鱼化石,命名为光泽肋鳞鱼。这是目前发现的最古老、最原始的卵胎生新鳍鱼物种。光泽肋鳞鱼的发现为研究新鳍鱼类的早期演化和繁殖方式提供了重要信息。据介绍,新鳍鱼类是辐鳍鱼亚纲最大的演化支系,几乎分布于地球上各种水环境。除了多鳍鱼和鲟鱼,其它所有的现生辐鳍鱼类都属于新鳍鱼类。新鳍鱼类     

生物发展史的大事件——鱼登上了陆地

在泥盆纪早期,距今约四亿年前后,硬骨鱼类已分化为两大类群:一群为肉鳍鱼类——它们的偶鳍为肉质型,可能还有肺,这一类群包括总鳍鱼类和肺鱼类;另一类群为辐鳍鱼类——包括现今还生存的大部分硬骨鱼类。肉鳍鱼类绝大部分已绝灭,仅在澳大利亚、非洲、南美保存了三个肺鱼属,在印度洋科摩罗群岛附近的深海中,保存了一个总鳍鱼类分支的后裔——矛尾鱼(拉蒂曼鱼)。鱼类是早期的脊椎动物,陆生脊椎动物是从具有肺及肉质偶鳍的鱼类进化来的,从水中生活的鱼类进化到陆地生活的四足类,涉及复     

华南长江和西江流域鲤科宽鳍鱲和马口鱼不同线粒体DNA谱系之间的体形分化

本文研究了两种鲤科鱼类,即分布于华南长江与西江的宽鳍鱲和马口鱼的不同线粒体DNA谱系之间的体形差异。近期基于线粒体DNA的这两个物种的系统发育分析认为这两个类元内包含多个谱系(宽鳍鱲A-D和马口鱼1-5)。本文采用几何形态度量学的方法研究了这些不同线粒体DNA谱系间是否存在体形方面的差异。在宽鳍鱲的4个不同的线粒体DNA谱系中,有3个被纳入本研究内容。结果显示:在宽鳍鱲的3个线粒体DNA谱系中,2个具有体形的差异。在马口鱼的5个线粒体DNA谱系中,3个被纳入本文的研究。结果显示所有3个谱系均存在体形差异。因此,线粒体DNA的谱系差异很大程度上表现在谱系间的体形差异方面,表明线粒体DNA谱系可能对应于不同的物种。