《科学》:有益突变间存负性异位显性现象

近日来自美国休斯顿大学的进化生物学家Timothy Cooper及同事在菌群进化研究中发现有益突变间存在着负性异位显性现象,这一研究结果有将助于促使科学家们更深入地了解生物进化机制。这一研究结果在线发表在6月3日的著名国际期刊《科学》(Science)杂志上。"我们开展这项研究的最初动机是希望了解生物体在不断适应环境变化的进化过程中起重要影响的因子,"Cooper说:"目前对于种群进化     

无序蛋白质的判定及其结构、功能和进化特征

固有无序蛋白质(intrinsically disordered proteins,IDPs)是天然条件下自身不能折叠为明确唯一的空间结构,却具有生物学功能的一类新发现的蛋白质.这类蛋白质的发现是对传统的"结构-功能"关系认识模式的挑战.本文首先总结了无序蛋白质的实验鉴定手段、预测方法、数据库;并介绍了无序蛋白质结构(包括一级结构、二级结构、结构域无序性及变构效应)和功能特征;然后重点总结了无序蛋白质在进化角度研究的进展,包括无序区域产生的进化机制、进化速率,蛋白无序性的进化在蛋白质功能进化及生物学复杂性增加等方面的重要作用;最后展望了无序蛋白质在医药方面的应用前景.本文对于深入认识无序蛋白质的形成机制、结构和功能特征及其潜在的临床应用前景具有重要意义.     

代谢途径的进化

生物的新陈代谢是通过一系列的代谢途径来实现的.这些调节精妙、相瓦协作的代谢途径是如何进化形成的一直是一个引人入胜的重要问题.自1945年有关该问题的第一个假说--"逆向进化假说"提出以来,迄今已发展出七种假说,包括"逆向进化假说"、"半酶理论"、"向前发展模型"、"酶的招募假说"、"多功能酶特化假说"、"整个代谢途径的复制假说"和"从头创造假说".其中最受关注的是"逆向进化假说"和"酶的招募假说",而最近提出的"多功能酶特化假说"由于有较好的理论基础和实验证据支持,也逐渐引起人们的关注.本文对这些假说逐一作了概述,并结合作者的相关研究工作,对该领域的研究现状和发展趋势进行了分析讨论和展望.     

酿酒酵母进级进化过程中的基因丢失现象初探

酿酒酵母进级进化过程中的基因丢失问题很少被研究．利用现有的蛋白质数据库，通过设定判断标准，预期可以获得更多这方面的案例以便进行相关问题的研究．利用SMART蛋白质域家族数据库，根据在已完成测序的7种真核生物蛋白质域家族成员中存在或不存在酿酒酵母蛋白质域信号，判断是否发生了基因丢失．通过这种方法，共有6个酿酒酵母基因判断为在进级进化过程中发生了丢失，还探讨了这些基因发生丢失的可能机制．     

协同物种形成及其生物学意义

自达尔文与华莱士以来的每位生物学家都承认种间生态学作用对进化的意义。1964年,埃利希和雷文提出了协同进化理论。它反映了生态学相关的不同物种之间的相互作用引起的相互进化。这一理论引起了研究者的广泛重视。近年来,随着进化生态研究的深入发展,学者们对进化过程的生态机制以及生态特性与生态关系进化规律、种间生态学作用引起的物种形成有了进一步的认识。本文仅从协同物种形成的概念出发,对协同物种形成的生态机制以及生物学意义作一简要概述。协同物种形成的概念进化在本质上是一种生态过程,是生物与环境、生物与生物之间相互作用的结果。种群分化的生态机制和物种形成的本质在于对生存条件的逐步适应。按照协同进化理论,物种间的相互作用引起的协同适应     

登革病毒进化遗传学与毒力关系研究进展

登革病毒感染是世界上最流行的虫媒病毒性疾病之一,致病机制尚不清楚。登革病毒的进化遗传学研究发现,其基因多样性正在增加,导致产生大量不同毒力的病毒株,这意味着人类将受到更多样的致病性登革病毒的攻击。此研究成果为强毒力病毒理论提供了依据。     

高粱基因组学研究进展

高粱是世界上主要的谷物作物之一,是越来越重要的生物燃料作物,是恶性杂草约翰逊草的祖先,同时也是很多具有复杂基因组的热带禾本科植物的植物学模型.因此高粱成为植物基因组学研究的主要对象之一.高粱基因组学研究的丰富历史随着重要的自交系材料BT×623全基因组测序的完成而达到顶峰,这为更好研究高粱基因及其相关功能打下了基础.对甘蔗亚族谷类植物以外的植物的更进一步的基因组特征分析,将有利于发现基因组大小和结构进化的机制,水平和模式,为进一步研究甘蔗和其它重要的经济作物奠定基础.     

犬流感病毒起源进化和宿主适应性机制研究进展

甲型流感病毒的跨宿主传播一直是流感病毒研究的主要方向之一.犬作为人类主要的伴侣动物,其呼吸道组织也同时具有α-2,3禽流感病毒受体和α-2,6人流感病毒受体,是潜在的产生新型重配流感病毒的"基因混合器",在流感病毒的流行和跨宿主传播中扮演着重要角色.近年来,犬流感病毒已经在东南亚和美国等国家地区呈地区性流行,而且从犬中分离到了犬流感病毒与人流感病毒的重配株,因此犬流感病毒对公共卫生健康的潜在威胁不容忽视.本文将对犬流感病毒的流行、起源进化以及宿主适应性和致病性相关的分子机制进行综述,旨在为犬流感的防控和甲型流感病毒跨宿主传播研究提供参考.     

胁迫环境中的进化拯救

生物种群面临致死环境胁迫时能够通过适应性进化摆脱灭绝的命运,这一过程称为进化拯救.进化拯救发生过程中,种群的基因型和表型性状的分布以及生态适合度会发生迅速且显著的改变.进化拯救的发生概率既取决于种群的特征,也受胁迫环境属性的影响;进化拯救发生的机会将随着遗传变异供应的增加和环境选择强度的降低而增加.本文梳理了影响进化拯救概率的主要生物和非生物因素.本文也介绍了有关群落水平进化拯救和自然界中进化拯救的研究进展;讨论了群落水平进化拯救不一定与单物种种群进化拯救具有相同规律的可能原因,强调了实验室研究中所发现的进化拯救也可能与自然界中的进化拯救不同.本文最后展望了进化拯救领域未来的发展方向.     

植物花色形成及其调控机理

综述了植物花色的表现、起源与进化、功能及其调控机制.植物花色主要表现为单色、变色和杂色,是长期进化的结果,主要功能是指示传粉者和保护花器官.花色素主要包括类黄酮、类胡萝卜素和生物碱.花色素的存在及其变化是植物花色表现的化学机制,色素在花瓣中的空间分布及其对光的作用是花色表现的解剖学和光学机制,细胞液pH值、花发育阶段和植物激素是花色表现的植物生理学机制.传粉者、真菌侵染、机械损伤、园艺措施、光、温度、水分、矿质营养和糖等是影响花色的外部因蝌素.花瓣彩斑主要由基因突变或病毒入侵而形成.     

水生被子植物的繁育系统与进化

对植物繁育系统的多样化及其作用模式和机制的研究,是理解植物各类群进化的一个重要基础。这一观点,已被从事植物进化生物学研究的国内外学者普遍接受。本世纪三十年代基因流概念的引人,促使人们在进化研究中,对植物繁育系统的重要性进行了重新评价。在过去的半个多世纪,植物进化生物学也因之而面貌一新,并得到了飞速的发展。时至今日,对植物进化过程中与繁育系统密切相关的一些重要机制,已有了较为深刻的认识（如有性过程中的遗传重组与植物的变异、进而与居群进化之间的关系等）。遗憾的是,这些认识几乎都是建立在对陆生植物研究…     

物种——老问题新看法

简要回顾了物种概念争论的历史.根据来源将这些争论划分为4个阶段:第一阶段是在达尔文《物种起源》发表前,争论的主导概念是模式种概念;第二阶段从《物种起源》发表到综合进化论期间,争论的主导概念是形态种概念;第三阶段从综合进化论到Hennig的分支分类时代,以Mayr的生物学种概念为代表从机制上阐明了物种存在的生物学原因;第四阶段,分支分类以来,以系统发育种的概念为代表.在分析物种关键问题的基础上,结合物种研究新的进展,提出物种是由特定机制所维系的具有一定属性表现的优良基因组合的保存单元.基于植物演化的特点,提出认识植物物种的3个阶段:形态识别阶段、多学科证据积累和检验阶段与优良基因组合保存机制阐明阶段.     

鸟类羽色多态现象:概念及其进化制假说

多态现象对了解物种的遗传、变异和进化有着重要意义,鸟类羽色多态现象的进化机制,是多态现象研究中非常重要的内容.鸟类羽色多态现象的进化机制假说主要有分化选择假说、异类选择假说和非随机性交配假说等.本文对鸟类羽色多态现象的概念和以上进化机制假说进行了综述,并针对鸟类羽色多态现象进化机制研究中存在争议的问题及研究的不足提出了自己的看法.     

公平规范与自然资源保护——基于进化博弈的理论模型

传统理论认为社区对公共自然资源的管理必然导致"公共地悲剧".但新近研究证明个人行为往往受到社会规范的影响并遵循公平互惠等"非理性"原则,进而指出社群有可能自发实现对公共资源有效的合作保护.基于这一思路,综合运用进化博弈论与行为经济学理论构建数学模型模拟了社区居民参与对自然资源的家庭承包管护的策略演化动态,并分析公平规范在该过程中能够发挥的潜在作用.结果表明在经济补偿相对管护所需劳动成本较为有限的情况下,"理性"的参与者无法长期维持高水平的保护合作;相比之下,如果公平规范对当地居民有较强的约束力,则可以实现更高的保护合作水平,其最终均衡由群体中对公平有较高要求的参与者比例决定.这一结果从理论上预测了利用公平规范推动社区参与自然资源保护合作并提高生态补偿效率的可行性.     

志贺菌基因组进化研究进展

志贺菌属(Shigella)是引起全球范围内细菌性痢疾的重要病原菌.近年来,多重耐药型和新血清型志贺菌的不断出现给志贺菌的监测和防控带来了新的挑战.基因组学的快速发展为深入了解志贺菌的进化来源、变异机制及传播规律等提供了极大的帮助,对控制细菌性痢疾的蔓延具有重要的科学意义.本文首先从遗传来源角度探讨志贺菌与大肠杆菌的进化关系及其可能的分子机制,随后对福氏、宋内和1型痢疾志贺菌的基因组进化进展进行了总结,详细描述了它们的时空分布特点以及耐药基因变异在进化中所发挥的作用,以期为志贺菌的研究和防控提供参考.     

遗传等距离现象:分子钟和中性理论的误读及其近半世纪后的重新解谜

1963年,Margoliash在比对不同物种细胞色素C序列后,发现了出乎意料的遗传等距离结果,这与几乎同时间Zuckerkandl和Pauling的血红蛋白发现是同一现实的不同反映.一个就事论事的分子钟假说因而被提出,并长期被某些学者认为是真实的自然现象,导致Kimura提出中性理论来解释分子钟.多年的研究发现了无数矛盾,分子钟仅有有限的局部存在.但被忽略的是,分子钟的瓦解自然使遗传等距离成为未解之谜.近年来,本实验室偶然重新发现了这一至今还几乎无人知晓、并未被充分重视的现象.通过整合现有理论的正确内容,并引入最大遗传变异极限这一原创概念,提出了一个更全面的遗传进化学说,重新解读了遗传等距离及其他主要进化现象.该假说将改写物种亲缘关系树及群体遗传学,并解决一些现有理论给不出线索的生物医学难题.     

榕树-榕小蜂的物种共形成

榕树-榕小蜂的互惠共生是植物与其传粉者间相互作用的最极端的特例,几乎每一种榕树均由榕小蜂科的一种特定昆虫传粉,而它们的小蜂也只能在此特定榕树种的花内养育它们的幼虫,构成了高度的种专一性(一对一原则).因此榕树及其传粉昆虫间的相互作用被看作是专性互惠共生的最极端特例,也引起人们对它们共趋异及物种形成的诸多推测.对目前榕树一榕小蜂的物种共形成的研究进行了回顾与阐述,希望能对全面认识这对完美的共生伙伴及物种共形成机制提供一些启示.     

国家自然科学基金委重大项目“禾本科植物的适应性辐射及其进化机制”结题综述

国家自然科学基金委重大项目"禾本科植物的适应性辐射及其进化机制"利用比较形态学、分子系统学、进化发育生物学、古生物学等多方面证据,通过多学科交叉的方法探讨了禾本科植物中出现的适应性辐射现象及其机制,在禾本科的系统发育关系以及适应性辐射的基本式样、生物和非生物环境因素在物种适应和分化以及物种快速形成中的作用、基因组大小及其结构变异以及突变、重复和调控模式变化对适应性辐射过程中关键性状(功能)的影响等方面取得了重要进展,在人才培养、国际合作和实验体系建立等方面极具特点。该项目的顺利完成为更好地阐明植物多样性形成的原因与机理奠定了良好的基础。     

无脊椎动物的比较发育免疫

高等动物是由低等动物经过一个漫长的历程逐渐进化来的,其免疫机制也是伴随这一过程逐渐发展和完善起来的。免疫的进化不能象身体结构的进人线样可被化石记录焉,只能通过对现存动物的免疫机制、免疫组织及器官的个体发育和系统发育进行比较研究来搞清。近年来比较免疫学有了突飞猛进的发展,涉及的动物也越来越广泛,本文就已掌握的资料,对无脊椎动物的免疫机制、免疫组织及器官的个体发育和系统发育进行了比较和综述,从中可以看出,免疫机制普遍存在于无脊椎动物中,其免疫主要以吞噬作用、凝集作用和抗菌作用为主;免疫特异性较弱,细胞免疫的特异性远较体液免疫的特异性程度高;在较低等的腔肠动物就已出现了免疫记忆和移植排斥反应,并且在其后的无脊椎动物中广泛存在;凝集素广泛存在于无脊椎动物中,很可能在免疫识别甚至免疫记忆中扮演重要角色;无脊椎动物的免疫是随进化而逐渐加强的。     

合作行为的进化

达尔文在<物种起源>中阐释了生物体的竞争进化.但是合作行为和利他行为的发现却给了自然选择学说致命一击.20世纪60年代开始,进化生物学家开始重视对合作行为的研究.一方面,这些行为的本质至关重要,而且与基因学的观点相悖.另一方面,对合作行为和利他行为,尤其是实验室控制条件下行为的研究非常困难.阐述了合作行为进化发展的方式.同时综述了合作行为模式的框架,简要解释了这些模式的进化机制,以期为进一步理解合作行为的进化及其模式奠定基础.