凤尾蕨科植物rbcL基因的适应性进化分析

为深入理解蕨类植物辐射式物种分化的分子适应机制,在时间框架下,采用位点模型和分支-位点模型对凤尾蕨科植物rbcL基因的进化式样进行了分析.通过比较模型M1a/M2a和M7/M8,在氨基酸水平上共鉴定出6个正选择位点:1491、251M、255V、282F、359S和375F,其中位点282F对维持Rubisco功能有重要作用.分别检验凤尾蕨科的附生分支和水蕨类分支发现,前者不具适应性进化位点,而后者有两个位点(230A和247C)经历正选择.相对于荫蔽的光条件,水生生境可能对RbcL亚基的选择作用更强.另外,基于UCLD分子钟模型估算出的风尾蕨科各分支分化时间表明,该科物种丰富度的辐射式增长发生在新生代渐新世,推测古、始新世最热事件可能对物种分化的形成也产生一定作用.这对认识薄囊蕨类如何应对被子植物兴起导致的陆地生态系统改变具重要意义.     

膜蕨科植物rbcL基因的适应性进化和共进化分析

膜蕨科植物是薄囊蕨类中种类最多的科,主要分布在潮湿的热带地区,拥有陆生、附生、半附生和攀生等多种生态型。为进一步了解膜蕨科植物辐射式物种分化的分子适应机制,该研究在时间框架下采用位点模型对膜蕨科植物rbc L基因的进化式样进行分析。结果表明:共鉴定出6个氨基酸正选择位点(125I、227L、231A、258F、304S和351L),其中位点304S位于环六上,对维持Rubisco功能有重要作用。此外,还计算了Rubisco大亚基内部氨基酸位点之间的共进化关系,共检测出39组(35个氨基酸)共进化位点,其中位点在α螺旋上的占46%,在β折叠上的占14%。膜蕨科植物rbc L基因这种复杂的进化式样可能与其起源较早有关。鉴于此,基于UCLD分子钟模型对膜蕨科植物的分化时间进行了估计,结果显示膜蕨科植物首次发生分歧的时间在三叠纪早期,瓶蕨属和膜蕨属的分歧时间分别发生在侏罗纪早期和白垩纪晚期,并且得出陆生生态型是其它生态型进化的基础,推测最近几次最热事件可能对物种分化的形成产生一定的作用。该研究结果对认识膜蕨科植物如何应对被子植物兴起所导致的陆地生态系统改变具重要意义。     

丙型肝炎病毒5个基因的正选择位点研究

按照时间和亚型筛选丙型肝炎病毒5个主要基因(E1、E2、NS3、NS5A和NS5B)的正选择位点,并分析其变化规律。研究结果表明这些基因在总体上均受到纯化选择压力(平均ω<1),且大小依次是E2相似文献   

甘薯叶绿体rbcL基因的克隆与序列分析

根据烟草、水稻和菠菜叶绿体的全基因组序列设计引物,以甘薯的叶绿体基因组DNA为模板,PCR扩增包舍甘暑叶绿体rbcL完整基因(GenBank登录号为AY942199)在内的一段序列.序列分析表明:此片段的全长为1 627 bp,包括1 443bp的编码区序列在内.推测编码480个氨基酸,同时构建了此片段的限制性酶切图谱.相似性比较显示,此基因编码区序列与烟草、菠菜、小麦、水稻、玉米、矮牵牛、紫花苜蓿、拟南芥、莨菪、葡萄以及甜菜的rbcL基因核苷酸的同源性为85%～98%,氨基酸的同源性为92%～95%.     

葡萄叶绿体rbcL基因的结构分析

以玫瑰香葡萄（Ｖｉｔｉｓｖｉｎｉｆｅｒａ Ｌ．）为材料,克隆了含有叶绿体ｒｂｃ Ｌ基因的３．１ ｋｂ Ｂａｍ ＨⅠ片段,构建了该基因的限制性酶切图谱,测定了该基因的核苷酸序列。所测的核苷酸序列总长度为２００４ ｂｐ,其中基因的编码区为１４２８ ｂｐ,编码一个含４７５ 个氨基酸的蛋白质,其分子量约为５３ ｋＤ;测定基因的５上游含启动子的部分共３５８ ｂｐ,包括－ １０ 区（ＴＡＡＡＡＴ）、－ ３５区（ＴＴＧＣＧＣ）和ＳＤ 序列（ＧＧＡＧＧ）;基因的３下游区共２１８ ｂｐ,含有３ 个转录茎环终止结构。玫瑰香葡萄ｒｂｃ Ｌ基因编码区的核苷酸序列与烟草、矮牵牛、菠菜、苜蓿、水稻和玉米之间的同源性分别为９１．５％ 、９１．４％ 、９０．２％ 、８９．８％ 、８６．３％ 和８４．５％ ;推导出的氨基酸序列的同源性分别为９２．２％ 、９１．６％ 、９２．２％ 、９３．７％ 、９３．５％ 和９０．１％ 。     

石松类和蕨类植物研究进展: 兼论国产类群的科级分类系统

综述了石松类和蕨类植物系统发育的最新研究成果。目前研究表明传统的蕨类植物概念(包括石松类和蕨类)需要修订, 一个关于蕨类植物的分类系统也已经发表。中国的植物多样性很丰富, 包括了世界上石松类和蕨类植物主要类群的代表。我们利用rbcL基因序列(包括国产蕨类63科中的62科179属184种)构建了系统发育树。基于rbcL序列分析所获得的石松类和蕨类各主要类群间的系统演化关系同以往对各个特定类群开展的较为密集的类群取样和多性状分析(形态学＋分子序列证据)的结果基本一致。在参考Smith等人系统的基础上, 我们尝试性地对中国石松类和蕨类植物进行了科级水平上的系统发育重排。     

大黄属(蓼科) 植物ｎｄｈＦ 基因的适应性进化

大黄属(Rheum L.)是蓼科(Polygonaceae)中一个高度分化的大属,广泛分布在亚洲和欧洲的高山和沙漠地区,全世界约60种,其中在青藏高原及其邻近地区发现了约40种。该属种的高度分化曾被推测是第三纪末青藏高原的快速隆升以及第四纪气候的反复变化所引发的适应性辐射导致。为进一步了解大黄属植物辐射式物种分化的分子适应机制,该研究选取34个形态上多样化的大黄属物种,利用系统发育分析软件,在时间框架下采用位点模型和分支模型对大黄属的叶绿体ndhF基因进行了适应性进化分析。结果表明：大黄属植物的分子进化系统树呈现短而平行的辐射式分支式样,显示出典型的物种快速辐射多样化特征;用位点模型检验ndhF基因是否存在经受正向选择(ω>1)时,在氨基酸水平上共鉴定出3个NDHF亚基的正选择位点(188H,465H,551L),对NDHF亚基的二级结构进行分析后发现编码的188H氨基酸位于α螺旋上。大黄属植物可能通过这些结构域的适应性进化,适应青藏高原的快速隆升以及第四纪气候的反复变化而引发的陆地生态系统改变。该研究结果可为今后对该属植物的实验分析提供首选位点。     

多个连锁数量性状位点的多性状最优化选择

一种扩展的方法能够在多个世代对具有多个数量性状位点的多性状选择进行最优化。这种方法的基础是在目标雨数中用综合遗传值替代单个性状遗传值,并在整个规划期内最大化所有世代选择反应的加权和。利用多阶段系统优化控制理论,整个最优化问题通过一个向前和向后的迭代循环解决。用一个实际育种猪群的育种参数来评价该方法的选择效果,并和标准QTL选择和常规BLUP选择进行比较。结果表明,优化选择要优于标准QTL选择和常规BLUP选择。经济权重对优化选择的影响较明显,随着达100kg日龄赋予的经济权重的增加,优化选择的优势越明显。优化选择通过两种方式增加总选择反应：1）选择早期减少一部分QTL选择反应;2）对达100kgH龄给予更大的权重。选择后期优化累积贴现选择比优化终端选择给予达100kgH龄更大的权重。     

正向选择的生物安全标记基因

标记基因的产生方便了植物的转化,随着转基因植物的迅速发展及商品化,人类更关注抗性标记基因的安全性。目前解决的有效途径是发展正向选择系统,使用非抗性的生物安全标记基因,主要包括糖类代谢酶基因（pmi和xylA）、干扰氨基酸代谢酶基因（ak和dapA）、绿色荧光蛋白基因（gfp）、β-葡萄糖苷酸酶基因（gus）、核糖醇操纵子（rtl）和叶绿素生物合成基因（hemL）等。     

Purifying Selection,Drift, and Reversible Mutation with Arbitrarily High Mutation Rates

Some species exhibit very high levels of DNA sequence variability; there is also evidence for the existence of heritable epigenetic variants that experience state changes at a much higher rate than sequence variants. In both cases, the resulting high diversity levels within a population (hyperdiversity) mean that standard population genetics methods are not trustworthy. We analyze a population genetics model that incorporates purifying selection, reversible mutations, and genetic drift, assuming a stationary population size. We derive analytical results for both population parameters and sample statistics and discuss their implications for studies of natural genetic and epigenetic variation. In particular, we find that (1) many more intermediate-frequency variants are expected than under standard models, even with moderately strong purifying selection, and (2) rates of evolution under purifying selection may be close to, or even exceed, neutral rates. These findings are related to empirical studies of sequence and epigenetic variation.     

甘蔗属及其近缘属种的rbcL基因序列变异和系统发育初步研究

甘蔗属及其近缘属种在分类关系上非常复杂,存在不少混乱,目前关于它们的分类学研究主要是基于形态学和同工酶水平,而基因水平上的报道很少,我们对甘蔗属及其近缘的属种的部分rbcL基因片段（1137bp)进行了测序比较,以期探讨rbcL基因能否用于研究甘蔗属及其近缘种之间的亲缘关系,序列比较显示rbcL基因在甘蔗属和近缘属种间的变异极低,一些来自不同属的个体序列完全一致,而某些同属内不同种个体却略有差异。这些结果表明rbcL基因在甘蔗属及其近缘属种之间的进化速率缓慢而不稳定,难以用于系统发育研究,不过,不同聚类方法都将斑茅与其它属种分开,放在玉米与甘蔗属和其他近缘属种分枝的外部,提示斑茅不应列入甘蔗属或蔗茅属,而应独立为一属。     

Stabilizing Selection,Purifying Selection,and Mutational Bias in Finite Populations

Genomic traits such as codon usage and the lengths of noncoding sequences may be subject to stabilizing selection rather than purifying selection. Mutations affecting these traits are often biased in one direction. To investigate the potential role of stabilizing selection on genomic traits, the effects of mutational bias on the equilibrium value of a trait under stabilizing selection in a finite population were investigated, using two different mutational models. Numerical results were generated using a matrix method for calculating the probability distribution of variant frequencies at sites affecting the trait, as well as by Monte Carlo simulations. Analytical approximations were also derived, which provided useful insights into the numerical results. A novel conclusion is that the scaled intensity of selection acting on individual variants is nearly independent of the effective population size over a wide range of parameter space and is strongly determined by the logarithm of the mutational bias parameter. This is true even when there is a very small departure of the mean from the optimum, as is usually the case. This implies that studies of the frequency spectra of DNA sequence variants may be unable to distinguish between stabilizing and purifying selection. A similar investigation of purifying selection against deleterious mutations was also carried out. Contrary to previous suggestions, the scaled intensity of purifying selection with synergistic fitness effects is sensitive to population size, which is inconsistent with the general lack of sensitivity of codon usage to effective population size.     

凤尾蕨科旱生蕨类rbcL基因的适应性进化和共进化分析

核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco,EC 4.1.1.39）是植物参与光合作用的关键酶,其大亚基由叶绿体rbcL基因编码。为深入理解凤尾蕨科植物对干旱生境的分子适应机制,本研究以53种凤尾蕨科旱生植物的rbcL基因为对象,展开适应性进化和共进化研究。采用位点间可变ω比值模型以及SLAC、REL和FEL等方法进行的适应性进化分析显示：在氨基酸水平上共有15个正选择位点（66S、84E、139L、235G、245I、252A、273Y、295K、296N、299M、307G、330E、349S、365F、404A）,其中位点245I、252A和273Y对维持Rubisco功能起重要作用。共进化分析共鉴定出2组共进化位点,分别由139L、273Y、295K和273Y、295K、349S组成,这些氨基酸位点间的共进化方式与蛋白质的疏水性和分子量都显著相关。以上结果一方面支持基于ω比值检验DNA编码序列发生适应性进化的有效性,另一方面也提示凤尾蕨科植物对干旱生境的适应可能与rbcL基因的适应性进化有关。     

Chlorella sorokiniana rbcL基因的克隆与序列分析及其与18S rRNA基因在分类学上的比较

Rubisco大亚基基因(rbcL)广泛用于系统学分析中,在本文中以Chlorella sorokiniana CS-01叶绿体基因组DNA为模板,PCR扩增rbcL全长编码区序列,序列分析表明:该片段全长1428 bp,其中包括1425 bp的编码区序列,编码475个氨基酸,经BLAST比对发现同源性最高的为Chlorella sp.IFRPD 1018,同源性达到99.2%。同时构建系统发育树,结果显示Chlorellasorokiniana CS-01与Chlorella sp.IFRPD 1018在同一分支中。18S rDNA序列分析表明:该片段全长1740 bp,经BLAST比对发现同源性最高的为Chlorella sorokiniana,同源性达到99.7%,构建系统发育树显示Chlorella sorokiniana CS-01与两株Chlorellasorokiniana在同一分支中,支持率达到100%。但是18S rDNA序列构建的系统发育树鉴定的主要分支很少,即使鉴定出分支,该分支的支持率也比较弱,而rbcL基因序列构建的系统发育树则分支清晰且支持率较高。可见18S rDNA序列比rbcL...     

红豆杉科及相关类群rbcL基因PCR—RFLP分析

运用RFLP方法对红豆杉科及相关类群14种植物叶绿体rbcL基因PCR产物进行限制酶酶切分析,共获29个酶切变异位点。采用PHYLIP软件包对限制位点变异数据进行极大简约法分析得到18个步长为6的最简约树并求得一致树,结果显示：⑴红豆杉科和三尖杉科属单系群;⑵穗花杉属Amentotaxus以置于红豆杉科内为宜,不支持将穗花杉属独立成科的处理方式;⑶白豆杉应为红豆杉科内一个属Pseudotaxus;⑷三尖杉属内篦子三尖杉地位特殊,可设篦子三尖杉组;⑸不赞同将竹柏类从罗汉松属中分离出去成立新科;⑹红豆杉科、三尖杉科和罗汉松科三者间,前两者的关系更为接近。     

Purifying Selection Determines the Short-Term Time Dependency of Evolutionary Rates in SARS-CoV-2 and pH1N1 Influenza

High-throughput sequencing enables rapid genome sequencing during infectious disease outbreaks and provides an opportunity to quantify the evolutionary dynamics of pathogens in near real-time. One difficulty of undertaking evolutionary analyses over short timescales is the dependency of the inferred evolutionary parameters on the timespan of observation. Crucially, there are an increasing number of molecular clock analyses using external evolutionary rate priors to infer evolutionary parameters. However, it is not clear which rate prior is appropriate for a given time window of observation due to the time-dependent nature of evolutionary rate estimates. Here, we characterize the molecular evolutionary dynamics of SARS-CoV-2 and 2009 pandemic H1N1 (pH1N1) influenza during the first 12 months of their respective pandemics. We use Bayesian phylogenetic methods to estimate the dates of emergence, evolutionary rates, and growth rates of SARS-CoV-2 and pH1N1 over time and investigate how varying sampling window and data set sizes affect the accuracy of parameter estimation. We further use a generalized McDonald–Kreitman test to estimate the number of segregating nonneutral sites over time. We find that the inferred evolutionary parameters for both pandemics are time dependent, and that the inferred rates of SARS-CoV-2 and pH1N1 decline by ∼50% and ∼100%, respectively, over the course of 1 year. After at least 4 months since the start of sequence sampling, inferred growth rates and emergence dates remain relatively stable and can be inferred reliably using a logistic growth coalescent model. We show that the time dependency of the mean substitution rate is due to elevated substitution rates at terminal branches which are 2–4 times higher than those of internal branches for both viruses. The elevated rate at terminal branches is strongly correlated with an increasing number of segregating nonneutral sites, demonstrating the role of purifying selection in generating the time dependency of evolutionary parameters during pandemics.