植物泛基因组研究进展与展望

随着测序技术和生物信息学的快速发展,已有数百种植物的参考基因组被测序,极大地促进了植物功能基因组学、进化遗传学和分子育种学等领域的蓬勃发展。然而,随着研究的深入,越来越多的证据表明来自单一个体的参考基因组远不能代表整个物种的遗传多样性,由此催生了泛基因组(Pan-genome)的概念,并已成功应用于20余种植物的研究,揭示了丰富的遗传变异,发掘了大量的新基因,深化了对相关物种遗传多样性的认识。本文简述了泛基因组的概念、构建方法以及在当前植物研究中的应用现状,最后对其未来发展进行了展望。     

泛基因组及其在植物功能基因组学研究中的应用

参考基因组是现代功能基因组学的核心框架,以此为基础的现代基因组学技术在过去20年对植物遗传变异发掘、功能基因克隆等研究起了巨大的推动作用.然而,越来越多的研究发现,单一或少数参考基因组不能完整代表和呈现物种或特定群体内的所有基因组变异,因此其在功能基因组学研究中应用存在很大的局限性,甚至会导致错误的结果.泛基因组是指物...     

分子生物学技术在轮虫遗传多样性和系统发生研究中的应用

分子生物学技术,如等位酶分析、DNA序列分析、限制性片段长度多态性、随机扩增多态、重复DNA序列多态性,在轮虫研究中的应用始于上世纪70年代,研究领域主要是轮虫群体遗传学、生物变异与多样性和系统发生与进化,被研究的轮虫种类主要集中在臂尾轮虫属、晶囊轮虫属和蛭态轮虫的一些种类。着重介绍分子生物学技术在轮虫遗传学和系统学研究中的应用,并对今后的研究热点提出了展望。     

遗传多样性在啮齿动物研究中的应用

遗传多样性是物种多样性和生态系统多样性的基础,也是生命进化和物种分化的前提,更是评价自然生物资源的重要依据.遗传多样性在种类繁多的啮齿动物研究中得到广泛应用,本文综述了啮齿动物遗传多样性在鼠害防控、啮齿动物起源和分化及进化历史、啮齿动物的适应潜力、种群数量动态和调节机制、保护生物学方面研究中的应用,提出今后应系统论证种群数量动态与遗传多样性之间的关系,并对啮齿动物遗传多样性进行长期监控.
     

湖北海棠的等位酶变异和遗传多样性研究

采用超薄平板微型聚丙烯酰胺等电聚焦电泳方法对湖北海棠（Malus hupehensis)的9个野生居群和2个人工栽培居群的等位酶变异和遗传多样性进行了初步研究。通过对12个酶系统29个酶位点的检测,结果表明湖北海棠有25个酶位点的等位基因频率分布差异,,有10个居群发现稀有等位基因,并有11个（37．9％）重复位点;湖北海棠的遗传多样性水平很高,等位基因平均数A＝2．127,多态位点百分率P＝74．927,平均预期杂合度He=0.376;居群间的基因分化系数GST＝0．224。与其他苹果属植物相比,湖北海棠具有中等丰富的遗传变异水平。居群间的基因流仅为Nm=0.866,表明遗传漂变是影响居群遗传变异和遗传结构的一个重要因素。     

基因组学方法在玉米种质资源研究中的应用

近年来,分子生物学和植物基因组学得到了飞速发展,包括分子标记技术在内的基因组学方法在玉米种质资源研究中得到了广泛应用。本将对玉米种质资源研究的主要领域如玉米的起源和进化、遗传多样性的形成机制及评估、基于多样性的新基因发掘等方面的最新进展进行评述,并提出我国在应用基因组学方法进行玉米种质资源研究的策略。     

纳帕海高原湿地噬藻体psbA遗传多样性

噬藻体在水生系统中分布广泛,数量丰富,具有丰富的生物多样性。为揭示纳帕海高原湿地噬藻体psbA遗传多样性,并分析其系统进化地位。本研究于纳帕海高原湿地采集土壤样品,以特异性引物对其光合基因psbA进行扩增,得到不同的psbA基因序列51条,并在淡水、海水、稻田等不同环境下进行PCoA分析和系统发育分析。通过研究得知,在纳帕海高原湿地环境下的psbA基因和在稻田环境中的psbA相接近,而与海洋环境相距较远,并且大多与蓝藻细菌相聚簇,而且psbA基因中的NT-4和NT-7与噬藻体具有较高相似性,和其他地区比较较远。推测NT-4和NT-7是纳帕海高原湿地特有的噬藻体类群。     

中国人类遗传多样性研究进展

人类遗传多样性表现为世界各种族、民族和个体间存在的基因组差异,是探讨人类进化与迁徙、环境与遗传背景相互作用、疾病与健康影响因素的主要资源和工具。中国具有世界1/5的人口,有56个民族和丰富的遗传多样性资源。经过几十年的努力,中国人类遗传多样性研究已积累了丰富的资料,部分成果已经达到国际先进水平。文章重点论述了近年来形态学标记、生化及免疫学标记、DNA遗传标记在我国人类遗传多样性研究中的应用,线粒体DNA、Y染色体DNA和HLA标记在中国不同民族源流和相互关系、东亚现代人起源和迁移等研究中的应用,以及我国在中华民族遗传资源保存和利用、疾病易感基因和环境适应相关基因的鉴定及全基因组关联分析和第二代测序技术的应用、中国人基因组结构研究等方面取得的重要成果和进展。     

Evolutionary genomics analysis reveals gene expansion and functional diversity of arylalkylamine N-acetyltransferases in the Culicinae subfamily of mosquitoes

Arylalkylamine N-acetyltransferase (aaNAT), considered a potential new insecticide target, catalyzes the acetylation of arylalkylamine substrates such as serotonin and dopamine and, hence, mediates diverse functions in insects. However, the origin of insect aaNATs (iaaNATs) and the evolutionary process that generates multiple aaNATs in mosquitoes remain largely unknown. Here, we have analyzed the genomes of 33 species to explore and expand our understanding of the molecular evolution of this gene family in detail. We show that aaNAT orthologs are present in Bacteria, Cephalochordata, Chondrichthyes, Cnidaria, Crustacea, Mammalia, Placozoa, and Teleoste, as well as those from a number of insects, but are absent in some species of Annelida, Echinozoa, and Mollusca as well as Arachnida. Particularly, more than 10 aaNATs were detected in the Culicinae subfamily of mosquitoes. Molecular evolutionary analysis of aaNAT/aaNAT-like genes in mosquitoes reveals that tandem duplication events led to gene expansion in the Culicinae subfamily of mosquitoes more than 190 million years ago. Further selection analysis demonstrates that mosquito aaNATs evolved under strongly positive pressures that generated functional diversity following gene duplication events. Overall, this study may provide novel insights into the molecular evolution of the aaNAT family in mosquitoes.     

柞蚕核型多角体病毒(AnpeNPV)三地理株的全基因组比较分析揭示其遗传多样性

[目的]柞蚕核型多角体病毒(Antheraea pernyi nucleopolyhedroviruses,AnpeNPV)能引起柞蚕脓病大面积暴发.尽管之前已完成了两株核型多角体病毒的基因组测序,但基于比较基因组的方法调查AnpeNPV间的遗传变异研究则相对较少.[方法]为了研究AnpeNPV不同地理株系间的遗传多样性,我们测序了1株从中国河南省分离的柞蚕NPV(AnpeNPV-H)基因组,并和之前从辽宁省分离的2株柞蚕NPV(AnpeNPV-L和AnpeNPV-Z)进行了比较基因组学分析.[结果]AnpeNPV-H的全基因组大小为125 605 bp,总共预测了146个开放阅读框(ORF),包括95个功能注释蛋白和51个假定蛋白.我们发现这3株AnpeNPV间的基因组成非常相似.在这3个AnpeNPV株系间,有6个开放阅读框存在碱基变异而导致基因的变短.并鉴定超过200个单核苷酸多态性(single nucleotide variations,SNVs),其中85％位于蛋白编码区.同时,odv-e56,p94-like和egt3个基因的非同义突变较高,表明这3个蛋白质编码基因可能经历了正向选择或纯化选择.我们发现在这3株AnpeNPV间一些基因的氨基酸发生变异,例如编码膜蛋白的基因、抑制凋亡和蜕皮的基因及与DNA复制相关的DNA聚合酶和解旋酶等基因.最后,展示了3株AnpeNPV间遗传重组的证据.[结论]本研究揭示了AnpeNPV种内水平的变异和株系内基因组的动态结构.     

戊型肝炎病毒遗传多样性和进化机制的研究进展

戊型肝炎病毒(hepatitis E virus, HEV)是一种引发全球急性病毒性肝炎的人兽共患病病原。HEV具有丰富的遗传多样性,不同基因型或基因亚型的流行与地理位置、宿主物种以及防控策略等密切相关。欧洲和美洲HEV流行株为HEV-3,包括3a-i亚型,而亚洲流行株含HEV-3和HEV-4;我国的流行毒株已从HEV-1进化到HEV-4。近年来,研究发现HEV进化的影响机制,包括同义密码子使用模式、氨基酸突变和基因重组等,其中氨基酸突变是病毒持续流行的主要驱动力。因此,本文就HEV的分类、全球流行特征、进化机制等进行综述,以期为戊型肝炎的有效防控以及疫苗开发提供参考。     

基因打靶技术在植物基因功能研究中的应用

水稻、拟南芥等模式植物基因组测序计划的完成,验证预测基因的功能成为植物功能基因组学的重要内容,基因打靶(gene targeting)技术在哺乳动物中的成功应用为该技术在植物上展现了广阔的应用前景。现对植物基因打靶技术的影响因素、基因打靶在植物中的应用现状作一介绍。     

DNA遗传标记在山羊遗传多样性研究上的应用

综述DNA遗传标记在山羊的遗传多样性分析上的应用,并分别叙述了RFLP、线粒体DNA多态性、RAID、微卫星标记、AFLP等几个方面目前在山羊上的研究。     

人源札幌病毒抗原多样性及遗传进化研究进展

人源札幌病毒(human sapovirus, HuSaV)是全球范围内引起散发性急性胃肠炎和相关疫情的重要病原,尤其对婴幼儿及免疫缺陷患者等高危人群存有致死的危险,人源札幌病毒具有丰富的抗原和遗传多样性,其抗原多样性及免疫原性主要位于P2亚结构域,并且衣壳蛋白免疫原性是人源札幌病毒疫苗研发的理论基础。由于人源札幌病毒可以耐受高衣壳突变而不失去病毒功能使它得以迅速进化,其在宿主体内进化过程中存在连续的氨基酸突变,且突变主要在VP1的P结构域内积累,少见于非结构蛋白和VP2中。序列和结构的改变使得人源札幌病毒逃脱先前存在的群体免疫,有必要进一步探索人源札幌病毒的免疫逃逸机制及其拮抗宿主的免疫应答。因此,本文针对人源札幌病毒在基因组特征、抗原多样性特点、遗传进化机制等领域的研究进展进行了系统综述,并对未来研究中亟待解决的科学问题进行了展望。     

天坑森林植物群落叶功能性状、物种多样性和功能多样性特征

以天坑内部-边缘-外部森林植物群落为研究对象,通过调查植物的群落结构、叶功能性状,探究天坑内外森林植物群落叶功能性状、物种多样性和功能多样性变化特征及其内在关联,为深入了解负地形森林生态系统的功能和恢复退化喀斯特地区的植被提供一定参考。研究结果如下：（1）比叶面积（SLA: 198.75 cm2/g)）、叶面积（LA: 42.70 cm2）、叶磷含量（LPC: 1.70 g/kg）和叶钾含量（LKC: 10.27 g/kg）在天坑内部最高,叶组织密度（LTD: 0.32 g/cm3）和叶干物质含量（LDMC: 0.41 g/g）在天坑外部最高,天坑内外森林均易受到磷限制,表明随天坑内部-边缘-外部生境变化,植物对环境的适应机制和生存策略发生了部分调整,物种的防御策略增强,生长投入策略减弱。（2）Shannon-Wiener指数（2.82）、Simpson指数（0.92）和Pielou’s均匀度指数（0.87）均以天坑外部最高,功能丰富度（1.05）、功能离散度（1.88）和Rao’s二次熵（4.52）以天坑内部最高,表明随天坑内部-边缘-外部生境的变化,植物功能性状的差异减少,物种分布及其功能性状分布总体上更为均匀、物种数量增多。（3）物种多样性指数之间、功能多样性指数之间存在较强的相关性,表明物种多样性指数之间、功能多样性指数之间存在不同的制约关系。（4）叶功能性状与物种多样性、功能多样性的相关性强,物种多样性和功能多样性之间相关性较弱,表明叶性状对生态学过程的变化较为敏感,叶功能性状与物种多样性之间存在较强的耦合关系。