两栖爬行动物的高海拔适应性演化:现状与展望

高海拔极端环境具有低温、低氧、强紫外等特点,加之复杂的地质历史、独特的地形地貌等环境因素,为开展生物适应性演化研究提供了天然实验室.作为变温动物(poikilotherm)的代表类群,两栖爬行动物是高海拔生物区系中重要的组成部分,已知物种最高海拔分布可达5300 m.前期研究显示两栖爬行动物代表物种在生理、形态及生活史等方面进化出一系列表型特征,以适应高海拔环境.近年来,随着新一代测序技术的发展,从基因组水平探讨高海拔适应的分子机制成为可能,并取得了突破性进展,尤其是青藏高原地区代表性两栖爬行动物基因组的解析,标志着两栖爬行动物适应性演化研究进入了一个新的时代.本文总结分析了目前表型研究已取得的成果,重点分析和讨论了分子机制的研究进展.展望未来,以下几个方面研究将是发展的重点:表型组学(phenomics)的建立;表型组和基因组(genomics)的关联分析;遗传变异的功能分析及实验体系的建立.高海拔适应性研究已成为两栖爬行动物适应性演化研究领域的开拓性工作和范例.     

鸟类的飞行与翼的适应性演化

在现生生物中,具有飞行能力的动物无疑只有鸟类、昆虫和蝙蝠。翅膀是鸟类由陆地飞向天空的工具,鸟类特有的飞行运动方式足在神经系统的控制下由骨骼、肌肉和羽片共同完成的。它的结构和运动方式区别于其他两种动物的飞行器。     

从基因组到多样性

<正>通过两年多的努力,"基因组与生物多样性"专刊终于与大家见面了。作为组织者之一,我是既兴奋又紧张:兴奋的是这些文章的境界和水平都是相当高的,达到或超过了最初的预期;紧张的是这些文章似乎还不足以涵盖这个主题的方方面面,有些遗憾。尽管如此,我还是非常感谢主编和编辑部几位编辑的大力支持,感谢各位作者的慷慨赐稿,感谢各位责任编委、审稿人和编辑的认真把关。此外,为了让大家对这个专刊有更多的了解,我把我们对     

蛙类前肢形态对树栖环境的适应性演化

无尾目Anura是现存两栖类中生物多样性最丰富的类群,在多种生态环境中都有分布,根据生境的不同可以划分为极具代表性的2类:树栖蛙类与非树栖蛙类,这两类的前肢形态具有较大差异。为了探究无尾目前肢形态与生境和系统发育之间的关系,本研究收集629号保存完好的无尾目标本的前肢形态学数据,通过Wilcoxon秩和检验比较了树栖蛙类和非树栖蛙类的前肢形态差异,并利用系统发育独立差(PIC)的方法评估观察到的差异。结果表明,树栖蛙类的相对手长长于非树栖蛙类,相对手长和相对前臂长的进化分别与不同因素相关,其中生境是树栖蛙类相对手长延长的主要相关因素(Wilcoxon秩和检验:P=2.20e-16;PIC:P=2.34e-05,r2=0.465 8);相对前臂长主要受遗传因素的影响,与生境的关系并不明显(Wilcoxon秩和检验:P=1.77e-05;PIC:P=0.058 4,r2=0.118 1)。本研究结合形态特征、系统发育关系和生境,有助于更好地了解前肢形态的进化与生境之间的关系,进而为无尾目物种的环境适应性进化研究提供支持。     

城市化对鸟类的影响：从群落到个体

世界范围急剧的城市化进程所带来的生态问题,尤其是城市化对鸟类的影响引起了生态学家越来越多的关注。关注点从最初的群落水平,逐渐向种群水平和个体水平深入。在群落水平上,现有的研究展示了城市化对鸟类群落组成、物种的丰富度、多度、生物量和多样性等多方面存在的不同程度的影响;而物种水平的研究探讨了城市化影响鸟类群落格局的内在原因:不同的鸟类物种对城市化具有不同的反应;而个体水平的研究,更是进一步从鸟类行为、生活史特征等方面揭示城市化压力和鸟类的适应对策。大量的证据说明,城市化所带来的土地使用的改变、人为干扰、热岛效应、食物资源改变、巢捕食、夜间灯光等,不同程度地对城市鸟类产生了影响。     

适应性演化的分子遗传机制：以高海拔适应为例

自达尔文时代起,解析适应性演化的机制一直是进化生物学和生态学领域研究最重要的科学问题之一。适应性演化通常指在自然选择驱动下,物种为提高适合度而演化出特定的表型。表型的适应表现在形态、生理生化、组织学、行为学等多个层级。随着分子生物学和测序技术的发展,越来越多的研究揭示了适应性复杂性状的遗传基础。研究适应性演化的分子遗传机制有助于理解塑造生物多样性的进化驱动力以及阐明基因型、表型和环境之间的关联关系。目前已有主效基因、超基因、多基因遗传、非编码区调控、重复序列调控、基因渐渗等多种假说可以解释适应性演化的遗传机制。高海拔极端环境的强选择压力极大地促进了物种表型和遗传适应的发生,对多组学数据的剖析为物种适应性演化提供了新的见解。本文对适应性演化的遗传机制、高海拔极端环境适应研究进展以及目前面临的主要挑战进行了综述,并对未来的发展趋势进行了展望,以期为该领域的科研人员提供参考。     

青藏高原:鸟类演化的“高地”

素有"世界屋脊"、"地球第三极"之称的青藏高原,不仅是我国乃至世界的气候调节器、东南亚地区的"江河源"、"生态源",而且由于具备世界上独特的生态系统,被认为是全球山地生物物种一个重要的起源和分化中心。高原独特复杂的地理气候,保存了特有的珍稀野生动植物物种,构成相对完整的特殊生态系统,具有极高的生态价值和科学     

从人类基因组到人造生命:克雷格·文特尔领路生命科学

2010年5月20日,美国Science杂志报道J.Craig Venter的研究小组制造了第一个能够自我复制的人工合成生命,并立即引发了人们对这一研究潜在威胁的担忧和有关生物安全和生物伦理的讨论。但同时,这一成果也是人类在合成生物学领域的一次突破。我们相信在后基因组时代,合成生物学的发展必将广泛地应用于能源、环境、材料、医药等诸多领域,从而影响和改变人类未来的生活。     

从DNA双螺旋到人类基因组

从ＤＮＡ双螺旋到人类基因组朱立煌中国科学院遗传研究所１９５３年Ｗａｔｓｏｎ和Ｃｒｉｃｋ提出ＤＮＡ结构的双螺旋模型,阐明了遗传物质的复制机制,从而开创了用生物大分子的结构和功能来解释生命现象的新时期。ＤＮＡ双螺旋宛如一支光芒四射的火炬指引着人们去揭示生物的各种奥密。四十年来分子生物学,遗传学和生物化学的成就接踵而至,新发现层出不穷,新思想和新技术不断涌现,几乎囊括了诺贝尔生理学医学奖的大半而且常常名列诺贝尔化学奖的榜首。     

从基因组计划到个体化医疗

[本刊讯]2011年4月19日,在"对话生命"——Life Technologies新任大中华区总裁媒体见面会上,"个体化医疗"成为本次会议的热点话题。来华履新刚一周的Life Technologies大中华区总裁Siddhartha Kadia博士、中国医学科学院副院长詹启敏教授、中国科学院北京基因组研究所副所长于军教授与近40家媒体激情"对话生命",探讨生命科学在中国发展的现状与未来。首先,詹启敏教授作了专题报告。他说:重大疾病防治的迫切性和社会需求非常大。以恶性肿瘤为例,目前全球新     

美国能源部的从基因组到生命计划

1990年至今 ,人类基因组计划已实施十年 ,为了进一步揭示生命 ,美国能源部于今年 2月 12日提出了继人类基因组计划后的又一个十年计划———从人类基因组到生命计划 (ｇｅｎｏｍｅｓｔｏｌｉｆｅｐｒｏｇｒａｍ)。这项计划的目的在于以从微生物到高等生物的ＤＮＡ序列为起点 ,有序地解决一系列生命进程的重大问题 ,最终达到对生命体系基本的、全面的、系统的理解。为迎接这一挑战 ,该计划提出了有步骤的四项技术目标 ,以最后实现在计算机上模拟“人工生命” ,对复杂生命体系进行精确的描述和预测。这四项技术目标 (ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｇｏ…     

生命为征服蓝天所做的努力——从恐龙到鸟类的羽翼演化

正大家想过吗,世界上如果没有鸟类,将会非常寂寞!鸟类是世界上最为灵动的生命,它们的存在为世界增添了无限生机,无论是清晨动听的鸟鸣,还是广袤天空下优美翱翔的身姿,都在昭示着世界的美好和生命的神奇!那么鸟类是何时出现在地球上,是如何练就这独特高超的飞翔本领的呢?这说起来可是一言难尽。对于鸟类的起源,科学家们经过长期的研究探讨,似乎已经达成一个共识,那就是认为鸟类的祖先来自赫赫有名的恐龙家族。具体来说,     

一个增大的鸟类线粒体基因组

本文首次报道一个增大的鸟类线粒体基因组,其种类是鸟纲、xiao形目、鸱xiao科的短耳xiaoAsio flammeus。经14种限制性内切酶的单酶解和双酶解消化后的电泳图谱显示,其基因组大小约为23.5kb左右,与通常的鸟类mtDNA基因组相比,约高出6kb左右。     

酵母基因编辑技术:从单基因操作到基因组重建

DNA双链发生断裂(Double strand break,DSB)时,细胞通常会采用同源重组(Homologous recombination,HR)这一主要修复方式。基于这一原理,人们开发出多种技术引入双链断裂从而实现对基因组DNA序列的靶向编辑。真核生物基因敲除或编辑最早通过在外源片段中引入双链断裂和同源臂在酵母中获得成功。30多年来,酵母遗传操作走过了一条从单基因单位点到多基因多位点,乃至最新的基因组合成与重建之路。本文沿着引入DNA双链断裂技术的发展与演变这一主线,对一系列基因编辑及基因组编辑技术的发展进行了简要回顾和综述,旨在理清基因编辑技术的发展脉络,也为高等哺乳动物的基因编辑技术体系的建立和完善提供参考。     

鸟类基因组核苷酸频数的进化模型

鸟类是四足类动物中最丰富的一类脊椎动物,本研究以12种鸟类的全基因组核苷酸序列数据为研究对象,建立核苷酸频数进化方程,研究了鸟类基因组核苷酸频数的进化机制和规律。通过拟合基因组数据确定了方程中的进化惯性参数、耗散参数和环境参数,估算出进化速率,得到了基因组长度随时间的演化曲线,解出了基因组在短时间内快速增加,信息快速积累,然后进入进化停滞阶段,核苷酸频数不再明显变化。本研究的方法为定量研究鸟类和一般物种的进化提供了新的思路。     

孔子鸟与鸟类的早期演化

大量孔子乌标本的出现,使得我们能够识别这一早期鸟类的一些前所未知的形态特征。依据这些特征,并结合近年来中国发现的其他中生代鸟类资料,我们可以进一步探讨早期鸟类研究中存在的某些问题,诸如鸟类飞行的起源等。孔子鸟头骨的最典型特征是进步的角质像的出现和原始眶后骨的完全保留。孔子鸟的眶后骨和颧骨相连接,这一特征尚未见于其他鸟类。由于始祖鸟也已缺失了眶后骨,因此眶后骨在孔子鸟中的存在,进一步证实了始祖鸟在早期鸟类演化中的旁支地位,同时也表明,鸟类真正的祖先比我们以往所了解的更加原始。孔子鸟保留了三个指爪。第三指爪（中间一个）常较退化,这和飞羽附着第三指有关。发育的趾爪及指爪,显示孔子鸟适应攀援树木的生活。基本愈合的尾椎和尚不完善的飞行器官,不仅支持这一假设,而且可能还表明,孔子鸟尚不能从地面起飞。孔子鸟尚未发育小冀羽,这也更加证实了其飞行的原始性。孔子鸟的某些个体,保存一对长的尾羽,这可能代表雄性的特征。另一些个体的头部还保留装饰性羽毛。数百件个体的集中发现或许还表明,孔子鸟具备了某些现生鸟类集群性的行为方式。个体大小的变化在早期鸟类飞行能力演化中的作用十分显著。早白垩世的反鸟类的成员都明显小于始祖鸟和孔子鸟,加之拥?     

从“人类”基因组计划到“千人”基因组计划

国际人类基因组计划被誉为生物学的曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划,在2000年,其绘制的人类基因组草图也正式发表。国际顶尖的两大科学杂志《自然》和《科学》同日发表了多国基因组学家联合发表     

从碱基到人造生命——基因组的从头合成

人工方法合成基因可通过DNA化学合成,这也是基因获取的手段之一,是密码子优化、蛋白质工程、代谢工程及基因组工程等方面不可缺少的技术。本文从寡核苷酸的合成开始,对短片段DNA的合成、基因长度的DNA合成、基因组长度的DNA合成、长片段及基因组水平的DNA组装、基因组DNA的移植等方面的技术和问题进行了阐述。