植物与草食动物之间的协同适应及进化

通常协同进化是指一个物种 (或种群 )的遗传结构由于回应于另一个物种 (或种群 )遗传结构的变化而发生的相应改变。广义的理解 ,协同进化是相互作用的物种之间的互惠进化。生物之间、特别是植物与草食动物之间的协同适应与进化 ,已经成为生物进化、生态、遗传等学科十分关注的问题 ,可能成为生物学中各学科研究的交汇点或结点。作者具体阐述了 :(1)生物之间协同进化的研究意义 ,包括对生物学与生态学的价值 ;(2 )生物之间协同进化研究的限制或困难 ,诸如时间、研究对象、进化等级尺度和研究方法的限制 ;(3)植物与草食动物之间协同进化的主要研究对象 (系统 ) ,即昆虫传粉系统、昆虫诱导植物反应系统、种子散布系统、以及大型草食动物采食与植物反应系统 ;(4 )植物与草食动物之间协同进化的主要研究内容 ,包括适应特征 (性状 )——物种的可塑性 ,以及适应机制——物种适应过程与策略两个方面 ;(5 )植物与草食动物之间协同进化研究的存在问题及研究方向     

血红蛋白与脊椎动物高海拔适应进化

高海拔环境是研究脊椎动物对极端环境适应进化过程的典型范例之一.血红蛋白在脊椎动物呼吸和氧化能量代谢中的核心作用决定了其无论在进化生物学还是高原医学研究领域都有着极其重要的意义.然而,如果不清楚研究对象的系统进化地位和机体本身的适应进化特点,就无法对各个水平的适应进化机制作出全面诠释.因此,对脊椎动物的低氧适应进化研究首先从机体生理需求的差异出发.此外,血红蛋白的功能适应性还表现在物种或种群间的空间分布差异导致不同程度的低氧需求.因此,本文从个体和系统发育水平评述了血红蛋白的分子进化及功能适应研究,深入比较了长期定居和短期移居物种间的适应机制区别,系统分析了鸟类及其他脊椎动物适应高海拔低氧环境的趋同和趋异进化特征.最后通过评价不同研究方法的优缺点,结合功能蛋白和物种进化相似的分子遗传规律,为未来高海拔低氧适应进化及高原医学研究提出一些新的思考.总之,本文支持功能验证在适应性进化相关基因研究中的必要性,强调整合分子、细胞和系统水平确定研究方案的重要性,以及系统发育背景和种群进化历史在研究对象选择中的重要意义.     

细菌比较基因组学和进化基因组学

通过比较不同细菌基因组间差异性与相似性,进而深入研究其分子机理,最终与其表型特征联系起来,是为比较基因组学;不同细菌经过长期进化,其基因组在结构与功能上存在着明显的分化,并构成表型进化的遗传基础,大量细菌全基因组测序的完成,细菌进化基因组学应运而生;以比较基因组学为研究手段,细菌进化基因组学可从基因组水平深入认识物种分化、生境适应、毒力进化、耐药性产生蔓延等表型进化过程。     

表型可塑性变异的生态-发育机制及其进化意义

表型可塑性赋予生物个体在不同环境条件下通过产生不同表型来维持其适合度的能力.研究结果显示多数可塑性变异的产生是基于对环境变异信号的响应、改变基因表达式样并调整发育轨迹的结果,表观遗传调控体系在基因选择性表达和可塑性变异的跨世代传递过程中发挥了重要作用.不同物种和种群对环境变化的敏感性、发生可塑性变异的能力以及可塑性反应模式不尽相同,预示着控制可塑性能力并独立于控制性状的可塑性基凶的存在,这些基因是直接响应环境信号并控制表型表达的调控基因.表型可塑性不仅是物种适应性进化的一个重要方面,也是选择进化的产物,物种的表型可塑性变异对其生态适应和进化模式有深远的影响.     

植物多倍化与多倍体基因组进化研究进展

多倍化(polyploidization)是指细胞核中的染色体组发生加倍并以可遗传的方式传递至后代的现象.虽然已有研究揭示多倍化事件普遍出现于被子植物各类群的进化过程中,但其对物种多样化与基因组进化的作用始终都处于争论之中.近年来随着基因组测序的革命性进步与多种组学和分子生物学技术的应用,植物多倍化与多倍体基因组进化领域的研究已取得多方面的重要进展.本文首先系统地介绍了植物多倍化的研究历史、多倍体分类系统以及该领域目前存在的主要学术争论.在此基础上,侧重从染色体数目与结构、DNA和组蛋白表观遗传修饰以及RNA和蛋白质表达等多个层次,对在多倍体小麦、油菜与棉花等模式作物中所取得的研究成果进行了较详细的概括.期望本文通过对最新研究成果的总结与未来研究展望,进一步增进对多倍化在植物物种多样性形成与基因组进化过程中重要作用的理解,促进我国植物多倍化研究领域的发展.     

分子方法在我国有尾类系统与进化研究中的应用

从系统发育、物种分类与界定和遗传多样性等方面,介绍了分子方法在我国有尾类系统与进化研究中的应用现状和最新进展.分析讨论了我国有尾类系统与进化研究中存在的问题,展望了该领域今后的研究趋势和发展前景.     

突变在基因组进化中的意义

在漫长的进化历史中,各物种间和物种内基因组的差异是如何形成、积累乃至保留下来的,不仅是进化生物学中需要解决的核心问题,也是整个生命科学面临的基本问题之一。对该问题的探求必然要通过对突变的深入了解,因为突变不仅是基因组进化的重要驱动力,还是基因 组进化研究的基础。文章围绕突变的性质及其在基因组进化中的深远意义,系统介绍了国际上相关研究的发展历程,所获得的成果和最新动向。     

生态位构建对具有资源竞争物种的进化分布动态的影响

生态位构建是有机体通过自身活动、代谢等行为调节或影响其环境或其他生物有机体的过程,进而导致有机体在自然选择过程中产生不同的进化轨迹。已有研究结论是基于双位点种群遗传模型、基于个体模型以及及元胞自动机模拟模型得出的。目前分析物种进化入侵的常用方法之一是进化分布动态模型。通过引入该方法,着重研究了依特征调节的生态位构建作用对具有种内资源竞争的物种进化动态的影响。结果表明:依特征调节的生态位构建确实能够引起物种进化轨迹的明显改变。若生态位构建中心位于特征值较小的特征时,将减少进化分支,且相较于不存在生态位构建的情况而言,种群密度提高;与此相反,生态位构建中心为特征值较大的特征时,生态位构建维持进化多样性,尽管其破坏了原有进化的对称分布。这意味着生态位构建通过与环境长期的正反馈作用,使具有较强依赖的种群特征出现明显差异,分支数虽有减少,但显著提升了优势特征的种群密度,且物种进化分支数随着构建强度的增加而减少。强烈的种内竞争和较弱的生态位构建作用将有利于维持种群的进化多样性。     

系统比较方法的原理及应用

物种的大部分性状与其系统进化过程相联系,亲缘关系近的物种,其性状差异通常较小.因此在种间或更高分类单元层次研究性状之间的关系,或性状与环境间关系时需要考虑系统进化的影响,以满足常规统计分析对于样本独立性的要求.自20世纪80年代以来国际上已经陆续推出一系列的系统比较方法,其共同原理是:在推断物种间系统关系的基础上,在种间水平上比较,将原本不符合样本独立性的物种性状或环境变量数据,将其转化为适用于常规统计分析方法的彼此独立的数据,然后运用常规统计方法分析,得到排除了系统进化历史影响的物种性状间或者物种性状与环境变量间的关系.首先简单介绍了运用系统比较方法之前的建立系统关系和数据诊断这两个步骤,在此基础上阐述简单独立对比分析、Felsenstein的独立比较方法和自回归方法这3种常用的系统比较方法的基本原理、各自的特点以及它们在生态学、进化生物学等领域的应用.系统比较方法已经获得广泛的应用和认可,发现了应用常规统计分析所没有能发现的问题和规律,但在构建准确反映系统进化过程的系统关系、进化模型的选择等方面仍具有一定的局限性;而生物信息学、生物系统学的发展,以及各种相关软件的开发为系统比较方法的进一步完善发展和更为广泛的应用创造了条件.     

昆虫孤雌生殖起源的遗传机制和进化意义

孤雌生殖在昆虫纲中有很高的发生比例,昆虫的孤雌生殖能力是造成农林灾害的一个重要而常被忽视的因素.孤雌生殖物种的存在和维持在进化生物学领域是个令人困惑的话题.在一些物种中孤雌生殖的细胞学机制得到了研究和解释,但是对于从两性生殖转换到孤雌生殖的遗传机制却知之甚少.了解孤雌生殖起源的遗传机制和进化意义对于预防农林虫害有着重要的意义.因此,该文就近年来对昆虫孤雌生殖起源的遗传和进化意义的研究做以综述,并就可能的利用前景进行简单讨论.     

中国植物系统和进化生物学研究进展

植物系统和进化生物学旨在探讨植物物种多样性的起源、多样化及其进化的机制, 是综合性越来越强的研究领域。2017年在深圳召开的第19届国际植物学大会(IBC 2017)为中国学者提供了一次难得的展示自身实力的机会和舞台, 同时也极大地推动了中国植物系统与进化生物学领域的研究。值此大会召开5周年之际, 本文拟就中国系统和进化生物学领域近年来取得的主要进展和突破做一简要回顾, 以帮助读者了解中国植物系统和进化研究的发展态势, 并在此基础上展望未来该领域的发展趋势以及面临的机遇和挑战。在过去5年中, 中国学者在植物系统与进化生物学领域的各个方面均取得了令人鼓舞的成绩和突破, 涉及植物起源和物种多样性格局的演变、植物分类和系统发生重建、物种形成和适应性进化、种间互作和协同进化、新性状的起源及其进化发育机制、植物多倍化的机制和多倍体进化、物种濒危机制和物种保护以及栽培植物的起源和驯化等等。这些研究成果不仅在数量上而且在质量上有显著提升, 受到国际学界的广泛关注, 意味着中国学者已经成为国际该领域研究的重要力量, 并将在国际植物系统和进化研究领域发挥更大的作用。     

十字花科植物PEBP基因家族的分子进化

近年来植物基因组测序物种数量的指数增长, 为我们对植物环境适应性状的遗传和变异的全面理解提供了保障。磷脂酰乙醇胺结合蛋白(phosphatidylethanolamine-binding protein, PEBP)在植物的开花转变和株型建立中起着重要作用, 一直是植物生物学研究关注的热点领域之一。然而对该家族并没有利用新近测序的基因组数据进行比较基因组分析, 制约了对其在分子水平上的进化研究。为了确定PEBP基因家族的分子进化机制, 本研究利用生物信息学方法开展了7种十字花科植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)、琴叶拟南芥(A. lyrata)、小鼠耳芥(A. pumila)、亚麻荠(Camelina sativa)、甘蓝(Brassica oleracea)、白菜(B. rapa)和油菜(B. napus)的PEBP基因家族成员的全基因组鉴定、结构特征和比较进化分析。从7个物种中共鉴定出91个PEBP基因, 系统进化分析表明它们分属5个亚家族: MFT、FT/TSF、TFL1、CEN和BFT。基因结构分析发现甘蓝、白菜和油菜的CEN基因内含子明显比其余4个物种的内含子长。蛋白结构域分析表明MFT比其他4个亚家族成员少了一个motif 2, TFL1比其他亚家族多了motif 8。选择压力分析发现7个物种PEBP同源基因均受到较强的纯化选择, 其中TFL1亚家族受到的纯化选择最弱。共线性分析表明十字花科植物PEBP基因家族随古代多倍体事件发生不同程度的扩张, TSF在甘蓝、白菜和油菜中丢失。非生物胁迫下, 在拟南芥中过量表达小鼠耳芥的一个MFT基因, 转基因拟南芥种子的萌发率明显低于野生型, 暗示MFT基因在调控种子萌发上的功能保守。本研究为深入研究十字花科植物PEBP基因的进化特征和生物学功能奠定了基础。     

转基因动物的基础与应用研究

转基因动物研究的基础：１．经典遗传学：揭示了遗传基因的染色体几何位点与生物表型性状的形式对应关系。生物个体体现为物种内全套基因不同等位基因的组合。２．分子遗传学：阐明了基因到性状是核酸到蛋白的信息流调控过程,即操作结构模型和中心法则的研究范畴。３．结构遗传学：基因组结构（遗传语法）、功能（发育调控）与演变（物种进化）过程构成物种进化与发育自组织的结构遗传学基础。进化是基因组的信息化增长结构化分层、     

进化动力新探

许多学者,包括达尔文和杜布赞斯基等人对生物进化的原因颇有研究,伹对进化的动力问题论述甚少。然而,动力是生物进化的一种根本性的原因,是事物发展的内在根据。不搞清楚这个问题,就很难对生物的进化有更深刻的认识。关于生物进化的动力,流行的提法是遗传与变异(或称遗传与适应)之间的相互作用构成了生物进化的动力,它推动生物的进化,决定生物发展的方向和速度。其中,遗传是一种稳定性的因素,被认为是进化过程中保存物种的方面。由于生物有遗传性,谷子才成其为谷子,鸡才成其为鸡,人才成其为人。但是只遗传还不行,只遗传,原来有多少种生物,就永远是这么多生     

牛、绵羊角的遗传定位及遗传机制研究进展

角属于动物颅骨附属物,为反刍动物所特有。牛(Bos taurus)、绵羊(Ovis aries)角的表型包括野生型两角表型、人工驯化的无角表型、畸形角等多种。牛和绵羊是阐明角的质量性状和数量性状之间的关系以及质量性状的多基因调控机制等方面的理想动物模型。近年来,对角性状研究不断深入,在阐明新器官起源进化、自然选择、性别选择和人工选择对角表型的影响等方面取得了一系列进展。本文详细介绍了角的研究概况、多角表型遗传定位、无角位点基因遗传定位和畸形角等,并对目前牛和绵羊角的遗传机制及存在的问题进行了分析,以期为反刍动物角性状和其他特异性性状遗传机制研究提供参考。     

用组织培养技术诱发植物遗传变异的途径

遗传和变异是生物界最普遍、最基本的两个特征。人类在历代的生产活动中逐步认识到它们的关系:遗传是相对的,保守的。没有遗传,就不可能保持性状和物种的相对稳定性;而变异是绝对的,发展的。没有变异就不会产生新的性状,也就不可能有物种的进化和新品种的产生。当然,这里说的变异是指可遗传的变异,是遗传基础或基因改变而表现出来的变异。     

绞股蓝属植物系统进化研究进展述评

绞股蓝属植物为典型的热带亚洲分布类型,中国是绞股蓝属的现代分布中心和多样化中心。绞股蓝属植物多倍体的系统进化研究表明,该属内广布物种绞股蓝多倍体种群经历了同源多倍化起源的过程。同时,形态学结合分子生物学证据的研究解决了绞股蓝属部分物种间的系统发育关系。分子标记研究结果表明,绞股蓝属植物具有低水平的群体遗传多样性和高水平的种群分化。另外,分子亲缘地理学研究表明,绞股蓝属植物发生了冰期后的种群范围扩张事件,气候波动和环境变迁可能驱使了该属植物的物种分化。本文从以上几方面进行研究述评,以期为绞股蓝属植物资源利用、保护和评价提供科学依据和理论基础。     

脊椎动物线粒体DNA的进化遗传学

近年来,在分子进化遗传学研究中又产生出一个新的生长点,这就是线粒体DNA(mtDNA)的进化遗传学研究。因为mtDNA结构简单,与拥有4×10~8到4×10~(11)个碱基对的多细胞动物的核基因组相比,比其最小者小25000倍;在不同物种间,mtDNA上的基因成分相对稳定,很少受到序列重排的影响;另一方面,mtDNA又具有广泛的种内和种间多态性,且为母性遗传,在亲缘关系相近的物种间其进化速度比核基因快,因而它为从分子水平上研究种群遗传学和进化遗传学提供了理想的研究对象。     

鸟类的逆转座子CR1及其作为遗传标记的研究进展

CR1(Chicken repeat 1)是广泛分布于鸟类基因组中的一种非长末端重复逆转座子(non-LTR),属于长散布元件(LINEs),同时也是原鸡基因组中数量最丰富的重复序列,占基因组的6.4%.CR1不仅是基因组的重要组成部分,也是导致鸟类进化和基因组多样性产生的重要原因.作为遗传标记,CR1具有非平行演化、垂直传代、多态性插入位点祖先状态确定等优点,从而逐渐成为研究鸟类系统进化和种群遗传学的有力工具.本文主要对近年来国外在鸟类CR1的结构、特征及其作为遗传标记应用于鸟类系统进化的研究进行综述,旨在为这一新的遗传标记的广泛应用奠定基础.     

数量遗传学理论框架下的进化生态学研究：以动物模型的运用为例

目前,生态学家越来越关注深入的生物学问题,例如,1)理解生态和进化过程的互作和关系;2)种群中一个重要的表型特征,受遗传基因影响多大?即其可遗传程度,表示该性状的进化潜能;3)基因是怎样影响表型性状,及其对应的个体适合度以及种群动态?4)决定多个重要表型性状的基因之间关系和互作如何?随着生物统计软件尤其是线性混合模型的发展,结合经典数量遗传学的理论,发展出了针对上述问题的动物模型(Animal Model),使得我们可以对野外种群进行上述研究。本文首先介绍了经典数量遗传学的重要概念,随后在其理论框架下,举例介绍了动物模型的操作和使用,最后探讨和展望了利用数量遗传学方法进行进化生态学研究的前景。