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。     

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。     

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.     

青藏高原钻叶龙胆的遗传分化与种群动态历史研究

青藏高原是全球生物多样性中心之一,是研究物种形成和适应性进化的热点地区.龙胆属小龙胆组(Gen-tiana section Chondrophyllae s.l.)占整个龙胆属物种数目的 近一半,以青藏高原为分化中心,但组内物种的遗传分化及其影响因素并不清楚.该研究以小龙胆组青藏高原特有植物——钻叶龙胆(G.hayna...     

青藏高原及其周边地区高山植物谱系地理学研究进展

青藏高原及其周边地区是世界上高山植物最丰富的地区,通过谱系地理学研究可以探讨高山植物演化历史与高原隆升和第四纪冰期的关系。根据对已经报道的36种高山植物的谱系地理分析,其谱系地理模式主要表现为:一、冰期退却到高原边缘的避难所,冰后期回迁到高原面;二、地理隔离造成冰期存在多处避难所(含微型避难所),冰后期发生局域性扩张。青藏高原在晚第三纪的快速隆升促进了物种的分化和成种,而第四纪冰期更是加剧了物种的快速分化,高原隆升和第四纪周期性气候波动是形成青藏高原高山植物现代谱系地理格局的主要原因。横断山脉地区作为第四纪冰期高山植物的主要避难所,在进化生物学和保护生物学方面具有重要启示。最后在物种选择、采样策略、基因片段选择和研究方法等4个方面提出青藏高原地区谱系地理学的研究方向。     

基于叶绿体基因组解析半枫荷系统位置和进化

为明确国家二级保护植物半枫荷与近缘类群的系统发育关系,分析叶绿体基因的适应性进化。该研究利用22个物种的24条叶绿体基因组序列构建最大似然树和贝叶斯树,探讨半枫荷及其近缘类群的系统发育关系,并通过不同模型检测半枫荷与近缘类群的叶绿体编码基因的变异位点与选择压力间的关系。结果表明：(1)半枫荷叶绿体基因组具有133个基因,包括蛋白质编码基因88个(其中11个具有内含子)、tRNA基因37个、rRNA基因8个。(2)半枫荷及其近缘属蕈树属、枫香树属8个物种的叶绿体基因组在序列长度、基因数量及组成、GC含量等方面相对保守,反向重复区与小单拷贝区边界高度保守。小单拷贝区和大单拷贝区的变异程度较高,而反向重复区的变异程度较低。(3)半枫荷与蕈树属、枫香树属物种聚成蕈树科分支,并可划分为3个亚分支,亚分支间或物种间可能存在杂交或不完全谱系分选。(4)适应性进化结果显示,在不同模型下蕈树科分支的物种在ndhA等叶绿体基因受选择约束(纯化选择),位点模型也检测到10个基因的28个位点P大于0.99,这些编码基因变异可能与蕈树科植物适应性分化有关。该研究结果支持半枫荷隶属于蕈树科,蕈树科内物种的叶绿体基...     

鲤亚科多倍体物种独立起源及其与第三纪青藏高原隆升的关系

青藏高原特有鲤科多倍体鱼类(裂腹鱼类)的起源和物种分化研究有助于探讨鲤科鱼类物种分化和青藏高原隆升之间的关系.本研究利用线粒体和核基因DNA序列构建系统发育关系,并以此来追溯裂腹鱼类多倍体的起源及其物种分化.倍性水平的祖先状态重建结果显示,鲤亚科是二倍体起源的,而裂腹鱼类是四倍体起源.研究还发现,在适应青藏高原隆升过程中,鲤亚科鱼类物种分化速率发生了两次明显改变,而且这些分化速率变化都发生在青藏高原特有鱼类的分支中.本研究表明,青藏高原特有的多倍体化裂腹鱼类包含了两个独立起源的类群.裂腹鱼类的物种分化与晚第三纪以来的青藏高原隆升密切相关,其中,渐新世晚期至中新世中期的裂腹鱼类适应性分化与青藏高原南部地区以及喜马拉雅山脉的隆升相关;中新世中期到更新世早期的物种分化基本同晚第三纪青藏高原隆升的主要阶段相一致;而更新世以来裂腹鱼属(Schizothorax)的物种分化则和青藏高原快速隆升过程中的昆仑-黄河运动及共和运动密切相关.     

青藏高原岷县龙胆的遗传分化与种群动态历史分析

青藏高原是全球生物多样性中心之一,是研究物种形成和适应性进化的热点地区。岷县龙胆（Gentiana algida var. purdomii）是青藏高原地区特有植物,具有很高的药用价值。本研究以岷县龙胆种群为对象,基于不同遗传方式的分子标记,通过种群遗传结构、遗传分化、种群动态历史和物种分布模型等分析,探讨其在青藏高原的分化历史。结果表明：岷县龙胆具有高的遗传多样性,叶绿体数据表明种内遗传分化程度很高（F_ST=0.452）,但核基因数据表明种内遗传分化程度很低（F_ST=0.022）,揭示岷县龙胆种内存在强烈的基因流。种群动态历史分析表明岷县龙胆种群大小经历了近期扩张,物种分布模型的结果表明岷县龙胆在末次盛冰期以来分布范围略有扩张。分子钟模型的结果表明岷县龙胆种内的遗传分化主要发生在第四纪冰期以来。以上结果一致表明,第四纪气候波动是岷县龙胆分化的主要外部因素。本研究为龙胆属及青藏高原植物类群的物种分化、适应性研究以及资源开发与保护提供了参考。     

念珠藻属植物hetR基因的适应性进化分析

以念珠藻属(Nostoc)及其近缘类群hetR基因的51条序列为研究对象,对hetR基因的编码蛋白进行生物信息学分析和系统发育分析,并使用分支模型、位点模型和分支-位点模型进行该基因位点的适应性进化研究。系统发育分析结果显示,51条hetR基因蛋白序列可分为4个大分支。适应性进化分析结果表明,在3种进化模型中,大多数分支及藻株都没有检测到统计学上具有显著性的正选择位点,说明检测的位点大多处于负选择压力下。但在普通念珠藻(Nostoc commune,CHAB2802)中检测到正选择位点(126T),提示念珠藻属植物hetR基因发生了适应性改变。     

青藏高原的隆升与鰋鮡鱼类(鲇形目:鮡科)的隔离分化

系统发育和生物地理学分析认为喜马拉雅地区　　鱼类的物种分化过程与青 藏高原的隆升有直接的关系,并可用隔离分化假说加以解释．　鱼类的祖先与目前 广布的纹胸　属鱼类和／或　属鱼类相似．在Ｔｅｔｈｙｓ海封闭、印度板块与欧亚大陆碰撞 的初期,纹胸　属鱼类或经属鱼类广泛分布于青藏高原地区．更新世后,随着碰撞的 加深,青藏高原逐步隆起并造就了山区水系的急流环境,　　鱼类就是在这种环境因 子的压迫下从类纹胸　属鱼类产生的．目前跨喜马拉雅山分布的原　属就是　　鱼类 中最原始的种类．在青藏高原的３次隆升过程中,随着该区域水系的发育,类似原　的 祖先被隔离在不同的河流中,从而导致了该类群物种的分化和生物地理分布格局的形 成．     

蕨类植物叶绿体rps4基因的适应性进化分析

在原核生物和植物叶绿体中,RPS4(ribosomal protein small subunit4)在核糖体30S小亚基形成起始过程中发挥重要作用;该蛋白在植物中由叶绿体rps4基因编码。为验证蕨类植物在白垩纪适应被子植物兴起而发生分化的观点,本文以23种蕨类植物为研究对象,利用分支模型、位点模型和分支位点模型对其叶绿体rps4基因进化适应性进行分析。分支模型检测到4个可能存在正选择的分支;位点模型和分支位点模型虽然没有检测出正选择位点,但是位点模型检测出了85个负选择位点。通过研究我们仅仅得出a、b两个代表水龙骨类的分支处于正选择压力下,这与水龙骨类在白垩纪发生辐射式演化的理论相一致。同时rps4基因处于强烈的负选择压力这一事实表明该基因的功能与结构已经趋于稳定。     

药用植物灯盏花rbcL基因的克隆、生物信息学及适应性进化分析(英文)

目的:克隆药用植物灯盏花叶绿体rbcL基因,该基因编码二磷酸核酮糖羧化酶大亚基,并对该基因序列、蛋白质特性和适应性进化进行分析。方法:根据相关文献设计引物,利用PCR方法扩增并克隆完整rbcL基因序列,对rbcL蛋白进行结构建模和评价。结果:灯盏花rbcL基因长度为1 458bp,编码485氨基酸(GenBank登录号为KF482865)。通过与GenBank库中Erigeron tenuis氨基酸序列比较相似性超过95%。RbcL蛋白二级结构含有21个α-helices、7个β-sheets和一些卷曲。通过适应性进化分析在rbcL蛋白上有3个氨基酸正选择位点(76 E、131 Q和422 E)。结论:灯盏花rbcL基因的完整克隆有助于更深的研究灯盏花对特殊生境的适应,rbcL蛋白大亚基正选择位点的空间结构对于维持核酮糖结构具有重要的作用。     

念珠藻属植物nifH基因的适应性进化分析

念珠藻(Nostoc)固氮过程关键在于固氮酶的催化,而固氮酶复合物中的铁蛋白(NifH)是由高度保守的nifH基因编码的,该基因是进化史上现存最古老的功能基因之一。该研究选取念珠藻属及近缘类群的nifH基因序列共40条,采用最大似然法构建系统发育树;运行PAML4.9软件,对nifH基因编码蛋白进行生物信息学分析,并使用分支模型、位点模型和分支-位点模型检测该基因的选择位点,探讨nifH基因的适应性进化特征。结果表明:(1)最大似然树显示内类群中该研究物种共分为6个分支(A、B、C、D、E和F),其中D和E是2个大的分支,每个大分支中又各包含2个特殊的小分支A、F和B、C,其中F分支包含新疆古尔班通古特沙漠采集到的9株念珠藻,A分支包含F分支及该研究测定序列的4株葛仙米,B分支包含本研究测定序列的4株地皮菜和3株未定种的念珠藻,C分支包含NCBI数据库中下载的5株念珠藻、鱼腥藻序列和本研究测定序列的1株念珠藻。(2)在所分析的3种进化模型中,仅通过分支-位点模型检测出14个统计学上显著的正选择位点,即1F、2S、3S、4T、5A、6F、7F、8I、9S、10C、17I、27Y、29D和31R位点,表明念珠藻属植物的nifH基因发生了适应性变化,分支-位点模型是研究藻类基因适应性进化较好的模型。     

弯枝藻属rbcL基因的适应性进化分析

为探讨淡水红藻的叶绿体基因及其适应性进化特征,选取弯枝藻属(Compsopogon)及相近外类群的rbc L基因共17条,利用PAML 4.9软件,对弯枝藻属rbc L基因编码蛋白进行生物信息学分析,并分别采用分支模型、位点模型以及分支-位点模型对基因的选择位点进行检测。结果表明,弯枝藻属rbc L基因编码蛋白的二级结构主要由α螺旋和β折叠构成,结构稳定。采用最大似然法构建的系统发育树表明,内类群为单一物种,分为3个小分支,具有一定地理分布规律。在3种进化模型中均未检测到统计上显著的正选择位点,表明绝大多数位点处于负选择压力下。因此,弯枝藻属rbc L基因未发生适应性进化。     

狭义五福花科的分子系统学和物种分化

狭义五福花科(Adoxaceae.s.s)仅含3属4种,但该科的物种分化、系统发育和分类一直存在争议。本文通过测定东方五福花和血满草的ITS(核糖体DNA内转录间隔区)序列,构建了包括狭义五福花科(4种)、广义忍冬科接骨木属、荚属以及其余4属植物在内的系统发育树。研究结果不支持狭义五福花科内根据形态学证据做出的系统发育假设四福花不是该科中最早分化出来的种;该物种与五福花属的两个物种形成一个单系群,与另一分支华福花属相对应。该科中3个物种,四福花、五福花和华福花之间的分化主要是在二倍体水平上的异域分化,而东方五福花则是通过多倍化形成的。粗略的时间估算表明这些物种之间的分化较晚,可能在第三纪末至第四纪早中期,与青池高原近期强烈隆升以及冰期气候反复变化形成的环境变迁密切相关。     

乙醇脱氢酶(ADH)家族生物信息学分析

本研究用生物信息学的方法分析了玉米等7个物种ADH的保守功能域、蛋白二级结构和进化关系.分析证实,植物ADH通常含有3个保守功能域,它们具有GroES结构的ADH N结构域,Rossmann折叠NAD(P)(+)结合蛋白和锌结合位点,这3个保守结构在物种中具有相当的保守性.二级结构的分析表明,在我们研究的物种中,每个物种的两个ADH同工酶折叠情况大体相同,物种间蛋白二级结构也趋向一致.通过构建系统进化树,分析了供试物种中ADH以及ADH两个同工酶间的进化关系.初步显示,在进化上,单、双子叶植物源自不同的ADH祖先.双子叶植物ADH在物种间具有差异;而在单子叶植物不同物种其ADH同工酶出现分化.     

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。     

基于系统发育分析的DNA条形码技术在澄清芍药属牡丹组物种问题中的应用

清晰的物种概念是材料正确鉴定的基础,是DNA条形码技术应用的前提.本文通过芍药属牡丹组植物DNA条形码数据的系统发育分析,揭示牡丹组植物的进化谱系及其与分类上“物种”的关系.在此基础上分析DNA条形码技术在牡丹组植物中应用的可能性.同时,以芍药科芍药属牡丹组植物为例,讨论DNA条形码技术在应用中存在的问题与解决方案.研究材料包括牡丹组植物目前已知的几乎所有的变异类型（种或种下分类群）共40份.DNA序列来自叶绿体基因组ndhF,rps16-trnQ,trnL-F和trnS-G4个基因,共有（含插入/缺失）5040个位点,包含96个变异位点,其中信息位点69个;核基因组GPAT基因2093~2197bp,变异位点（含插入/缺失）总数279个,其中信息位点148个.叶绿体基因组与核基因组所揭示的包括四川牡丹、矮牡丹、卵叶牡丹和紫斑牡丹在内的进化线与根据形态所建立的物种限定不吻合：（ⅰ）叶绿体基因分化明显但核基因没有明显分化——四川牡丹和紫斑牡丹的各居群系统;（ⅱ）核基因分化显著而叶绿体基因分化很小——矮牡丹和卵叶牡丹.因为这些居群系统之间存在一定程度的地理隔离,但不存在生殖隔离,出现这种两个基因组数据背离的现象可能是由于不同居群系统在进化历史中捕获了其他居群系统的叶绿体基因组.这些基因作为牡丹组植物DNA条形码的适合性分析显示,叶绿体基因在种间或居群系统之间的变异是种或居群系统内变异的4.82倍,GPAT基因在种间或居群系统之间的变异是种或居群系统内变异的2.21倍,说明这些基因可作为牡丹组植物的DNA条形码.种间或居群系统之间完全分化位点的统计结果表明,这些种或居群系统之间存在相互区别所必需的位点.通过牡丹组植物DNA条形码分析,认为：（ⅰ）物种概念对DNA条形码技术能否成功应用有十分重要的影响,拟应用DNA条形码的类?     

黄花蒿rbcL基因电子克隆、生物信息学及适应性进化分析

[目的]运用电子克隆的方法获得黄花蒿中rbc L基因,并对该基因进行生物信息学及适应性进化分析,获得氨基酸正选择位点及其空间结构特征。[方法]以短葶飞蓬rbc L基因为种子序列(探针,Genbank登录号为:KF482865.1),对黄花蒿的EST数据库进行搜索,应用相关的生物软件进行拼接、组装,利用PAML程序检测其rbc L基因的适应性进化。[结果]获得一个rbc L基因的c DNA序列重叠群,该重叠群长为1 832bp,包含一个完整的长为1 461bp的开放阅读框,共编码486个氨基酸,且与菊科的其他植物的rbc L基因具有较高的同源性,适应性进化分析在rbc L蛋白上有两个氨基酸正选择位点(249S和449T)。[结论]电子克隆获得的c DNA序列为完整的黄花蒿rbc L基因全长c DNA,黄花蒿对生境的适应可能与rbc L蛋白大亚基正选择位点空间结构有关。     

裸子植物psbA基因分子进化式样的研究

为阐明裸子植物对陆生生境生态响应的分子机制,以新近的裸子植物分类系统为指导,基于psb A基因编码全序列对4亚纲53种代表植物进行分子进化分析。首先,依据"放松分子钟"模型重建裸子植物在时间尺度下系统发育关系;其次,采用6个模型(MEC/JTT、MEC/cp REV、M5、M7、M8、M8a)估测氨基酸位点ω值,并对各模型结果进行统计检测;随后,利用Bootstrap方法检PSBA蛋白内部氨基酸位点的共进化动态。结果表明,系统树提示的物种分化历程支持前期分类结果;光合系统反应中心核心PSBA蛋白有3个氨基酸位点(13、19和243)曾经受正选择压力;PSBA蛋白内部有多对氨基酸位点间构成了共进化网络。因此,psb A基因编码序列具有作为描绘裸子植物系统发育关系标记的潜力,PSBA蛋白部分位点经历了适应性进化,通过位点间共进化网络协同作用方式辅助裸子植物响应陆生生境。