酵母模式生物研究表观遗传调控基因组稳定性的进展

基因组的遗传稳定性是维持正常的细胞复制、增殖和分化的关键。外源因素和内源因素造成的DNA损伤及其修复失败, 是各种遗传疾病发生的根本原因。表观遗传调控(包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA)在DNA损伤修复和细胞周期调控方面发挥着重要的作用, 也是维持基因组稳定性的基础。酵母作为单细胞真核生物, 是最早开展表观遗传学研究的物种之一, 特别是在DNA损伤修复和异染色质形成等方面的研究, 为揭示遗传稳定性的本质提供了理论依据。国际上前期以酵母为模式生物研究表观遗传学的报道主要集中于组蛋白修饰领域; 近期利用裂殖酵母作为模式生物研究RNAi指导的组蛋白修饰也有了一定的进展。文章以酵母作为模式生物, 论述了表观遗传修饰在维持基因组遗传稳定性中的研究进展、作用机制和今后的发展趋势。     

翼手目(蝙蝠)适应性进化分子机制的研究进展

作为哺乳动物第二大目的翼手目(Chiroptera;俗称蝙蝠)在飞行能力、回声定位与听觉系统、食性、冬眠、免疫防御等诸多方面表现出显著而独特的适应性进化,是研究生物对环境适应性进化分子机制的热点模型之一。文章综述了翼手目适应性进化分子机制的研究进展,特别是近年来在基因组水平上开展的相关研究,显示出更为复杂的分子进化模式和功能分化。随着越来越多的翼手目物种基因组数据的产生,将有望揭示新的进化机制,并为后续的功能实验奠定基础,促进人们对翼手目这一类群的认识和了解,同时也为系统认识动物适应性进化分子机制做出贡献。     

基因组拷贝数变异研究进展

基因组结构变异分为两个层次:显微水平(microscopic)和亚显微水平(submicroscopic)。显微水平的基因组结构变异主要是指显微镜下可见的染色体畸变,包括整倍体或非整倍体、缺失、插入、倒位、易位、脆性位点等结构变异。亚显微水平的基因组结构变异是指DNA片段长度在1Kb-3Mb的基因组结构变异,包括缺失、插入、重复、重排、倒位、DNA拷贝数目变化(copy numbervariation,CNV),这些统称为CNV或者CNP(copy number polymorphisms,CNP)。对CNV的研究能够帮助研究者建立遗传检测假说,进而发现疾病易感基因,同时加深对表型变异的理解,为今后研究人类生物功能、进化、疾病奠定基础。本文主要从CNV的研究历史、分子机制、研究方法、研究意义等四个方面进行综述.。     

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、     

系统遗传学与合成生物学——21世纪的生物工程产业化

基因型-表现型复杂生物系统由多基因群调控,细胞发生的信号传导路径、多基因相互作用与细胞系谱定位形成生物系统的结构-图式发生遗传学,但分子、细胞和器官的结构、图式形成机理还不很清楚。复杂生物系统的图式演化是细胞的物种进化、细胞形态发育的细胞发生非线性动力学过程,包括：1）物种基因组结构内等位基因替代构成物种内基因多样性调控;2）物种间进化的基因组结构层次级别的自组织化。系统理论应用于系统生态学（Van Dyne GM．1966）、系统生理学（Sagawa K．1973）、系统心理学（Titchener EB．1992）、系统生物医学（Kamada T．1992）、系统生物学（zieglgansherger W,Tolle TR．1993）、系统生物工程与系统遗传学（Zengg：BJ.1994）的建立,以及遗传学机理的生物系统分析。细胞的基因组结构自组织化形成生物的系统发生,基因组的结构变化形成物种的适应变异,生物体结构的基因组复制与表达的细胞自组织化构成生物个体发生。基于系统遗传学的工程应用,合成生物学探索生物系统泛进化,包括人工生物体的遗传工程、基因调控和仿生智能的纳米生物机器,构成生物系统的人工引导进化。     

植物染色体数目及其变异与生境关系初探

染色体是基因的载体 ,基因决定生物的性状 ,一定的性状则适应特定的环境。染色体对生物繁衍后代 ,延续种族起着重要的作用。虽然在一定的生境中 ,植物的染色体是恒定的 ,但是大尺度的生境异质性往往导致染色体水平的变异 ,从而增加了物种的遗传多样性。由于一个物种的稳定性和进化潜力依赖其遗传多样性 ,因此保护遗传多样性成为生物多样性保护的最终目的[1 ] 。近年来 ,由于分子生态学的兴起 ,目前遗传多样性研究多集中于同工酶遗传多样性、蛋白质多样性、ＤＮＡ序列多样性和基因位点多样性的研究[2～8,34～ 36] ,而细胞水平的遗传多样性与…     

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。     

基于基因组重测序的藏羚Y染色体多态性遗传位点筛选

藏羚Pantholops hodgsonii是藏羚属Pantholops现存的唯一物种,由于Y染色体基因较保守,基于近缘物种的Y染色体多态性遗传位点筛选受到了很大的限制。本研究对15份藏羚新鲜组织样品进行基因组重测序,生物信息分析筛选出Y染色体雄性特异区（MSY）对应的scaffolds,对部分SNP及SSR位点进行多态性验证。共比对出44个scaffolds,以其中序列最长、候选变异位点最多且最完整的KE113803.1为参考,对其中190个SNP变异位点设计引物进行验证,共获得45条MSY DNA序列,其中15对引物扩增到的11 898 bp DNA序列中检测到27个SNP位点;同时对KE113803.1中除单核苷酸重复以外的134个SSR位点设计引物并验证多态性,筛选出56个Y-SSR位点,其中5个具有多态性。本研究结果为后续分析藏羚Y染色体遗传多样性及父系遗传奠定了良好基础。     

环境胁迫诱导的细胞适应性突变

细胞具有普遍的突变和进化能力, 如病原菌的抗药性、工业菌株的适应性和人体细胞的癌变等, 但是细胞的适应性突变是如何产生的呢？通过非致死性突变分析模型的建立与应用, 产生了新的适应性进化观点, 即环境胁迫诱导细胞适应性突变。这种环境诱导的细胞突变过程涉及多方面的生理调控, 包括细胞内毒性物质(如氧活性物质)积累并造成DNA损伤、DNA错配修复的活性受到抑制、胞内RpoS反应和SOS反应被激活等。这些反应使胞内高保真的DNA复制状态转变为低保真的DNA修复状态, 提高胞内突变率和重组活性。此外, 基因转录影响基因组的不稳定, 容易产生DNA损伤, 并造成局部的高突变率, 即形成了转录偶联的DNA修复与突变为基础的适应性突变观点。文章围绕环境胁迫诱导细胞突变率增加和转录偶联的DNA修复与突变这两种适应性突变分子机制, 阐述其相关的研究进展, 以期更好地理解环境条件诱导细胞发生适应性突变的过程。     

啮齿目核糖酸酶5基因(RNase5)的分子进化

RNase5是RNASE A基因超家族中的一个重要成员,是分子进化研究的理想模型之一。基于基因组水平,我们对啮齿目的3个进化枝10科17个物种开展RNase5的分子进化研究。利用TBlastN及BlastN方法鉴定每个基因组的RNase5基因,发现该基因在啮齿目的Ctenohystrica所有物种发生丢失,时间是在Ctenohystrica形成之后;邻接法和最大似然法构建的系统发育树均支持RNase5在“与小家鼠相关的进化枝”的小家鼠、褐家鼠和拉布拉多白足鼠发生三次独立基因复制事件;利用PAML软件的枝模型、位点模型及枝-位点模型计算选择压力,均检测到RNase5基因受到强烈的正选择作用。总之,我们的研究深入系统开展了RNase5在啮齿目中的分子进化,增加了该基因研究的多样性,为进一步系统认识该基因在动物的适应性进化遗传机制奠定了基础。     

创新驱动引领下的广东省遗传学研究

<正>遗传学(genetics)是探究生物遗传和变异规律的科学。从1866年孟德尔发表"植物杂交实验"论文,标志着经典遗传学的创立;到1953年沃森和兊里兊提出DNA双螺旋结构模型,开启了分子遗传学研究的大门;随着分子生物学的发展和多学科交叉融合,以PCR技术、DNA重组技术、高通量基因组测序     

假基因的组成、分布及其分子进化

假基因(pseudogene)是指基因组中与正常基因序列相似, 但是缺乏功能的DNA 序列。通过序列同源性搜索, 可以收集基因组中假基因的群体特性、染色体分布和同源家族等特性。假基因很好地保留了数百万年前基因组中祖先基因的分子记录, 被视为“基因化石”, 因此假基因在进化和比较基因组学中是重要的资源。应用假基因和基因比较体系, 可以探究生物基因的进化史和基因组稳定性。如: 用Ka/Ks比值确定假基因的自然选择压、物种亲缘关系和进化距离, 分析假基因自身的进化趋势, 探讨DNA 突变的成因等。     

假基因的组成、分布及其分子进化

假基因（pseudogene）是指基因组中与正常基因序列相似,但是缺乏功能的DNA序列.通过序列同源性搜索,可以收集基因组中假基因的群体特性、染色体分布和同源家族等特性.假基因很好地保留了数百万年前基因组中祖先基因的分子记录,被视为＂基因化石＂,因此假基因在进化和比较基因组学中是重要的资源.应用假基因和基因比较体系,可以探究生物基因的进化史和基因组稳定性.如：用Ka/Ks比值确定假基因的自然选择压、物种亲缘关系和进化距离,分析假基因自身的进化趋势,探讨DNA突变的成因等.     

叶锈菌胁迫下的小麦基因组MSAP分析

内源DNA甲基化是真核生物表观遗传调控的重要组成部分, 在真核生物的基因表达调控中具有重要的作用。生物胁迫为植物提供一种内在的表观遗传进化动力。研究生物胁迫下DNA甲基化的变异模式, 有助于全面理解DNA甲基化的表观调控生物学功能。小麦近等基因系TcLr19、TcLr41及其感病亲本Thatcher在苗期对叶锈菌生理小种THTT、TKTJ分别表现为小种特异性抗病反应和感病反应。文章利用甲基化敏感扩增多态性(Methylation-sensitive amplified polymorphism, MSAP)技术分析了小麦的甲基化水平, 同时比较了苗期在生物胁迫前后基因组DNA胞嘧啶甲基化模式。用60对MSAP引物对接种前后的小麦DNA进行全基因组筛选, 没有直接分离得到接菌前后的甲基化模式的差异, 结果初步表明, 叶锈菌并没有诱导稳定且特异的植物基因组DNA胞嘧啶位点的甲基化模式变化, 但发现TcLr41及其感病亲本Thatcher之间存在表观遗传学差异。     

PCR-RAPD分子生物学技术及其在植物抗病性研究中的应用

PCR—RAPD技术是一种高效的基因组DNA多态性分析技术,能够在对生物细胞或组织中DNA遗传多样性、亲缘关系及系统进化分子标记检测的同时进行基因定位与遗传作图。本综述了PCR—RAPD技术的基本原理和应用范围,以及近年来在植物抗感病品种(品系)间亲缘远近关系分析、植物抗病性遗传基因的DNA分子标记与检测、植物抗病基因的标记和定位、植物抗病基因的分离与克隆、植物抗病育种的分子标记辅助选择与检测等植物抗病性分子机制研究方面的应用,并对该技术所存在的问题及应用前景进行了探讨。     

合成型酵母基因组重排技术

基因组的结构变异是生物体表型进化的重要驱动力之一。设计与合成酵母基因组为人工基因组结构变异提供了新途径。人工合成酿酒酵母基因组(Sc2.0)通过系统性地引入重排元件,赋予了基因组柔性可变的功能,可诱导产生 DNA 片段的删除、反转、复制、移位等基因组结构变异。合成型酵母基因组重排技术可实现菌株性状的快速进化,并且为研究基因组结构变异与表型变化间的关系提供了一种快速、全新的方法。综述了合成型酵母基因组重排技术的研究热点和技术进展,并展示了其在创新菌种中的应用价值。     

一种基于多重PCR的人类线粒体基因组高通量测序方法

人类线粒体基因组DNA(mtDNA)是一个16569 bp的双链闭合环状DNA分子,具有母系遗传、多拷贝、高异质性及高变异率等特点,是研究人类遗传和进化上广泛使用的分子标记.近几年,高通量测序技术的出现,使得在短时间内准确测定mtDNA序列成为可能;但目前常用的高通量测序建库方法操作复杂、研究费用相对较高.基于多重PCR扩增的测序方法具有高效率、高灵敏度、低成本的特点,因而适用于大规模线粒体基因组的变异检测分析.利用73个相互重叠的扩增子通过多重PCR方法来扩增中国人的线粒体全基因组,在扩增片段两端连接特定的接头序列,然后在IlluminaHiSeq X Ten平台上进行高通量测序.对获得的测序数据分析发现,mtDNA每个位点的测序深度均达到2000×以上;当测序深度为100×时,所有样本的序列覆盖度都达到100%;数据质量适用于后续的变异检测分析.利用本研究建立的基于多重PCR的二代测序方法无需片段化即可直接上机测序,在复杂遗传病的研究中有着广泛的应用前景.     

逆转座子与生物遗传多样性

生物为了适应环境变化,需要遗传物质发生变化来为进化提供材料,在进化过程中遗传物质的变化方式主要包括突变和基因重排。对一个种群或个体来讲,在不同的环境或一定生活周期内的不同阶段,基因组存在着基因的差次表达,这种调控在核酸分子水平上主要是通过突变的基因重排水平实现,由此使得基因组成为一个动态变化的体系,使种群或个体的遗传多样性发生相应的变化。分子生物学中最惊人的发现之一是在基因组内存在着通过DNA转录为RNA后,再经逆转录成为cDNA并插入到基因组的新位点上的因子,被称为逆转座子。按照其结构特点以及所编码反转录蛋白因子的不同,可分为反转录转位因子,反转录子,反转录病毒,能编码反转录所需蛋白的因子,不能编码反转录所需蛋白的因子。逆转座子在转位过程中须以RNA作为中间体,RNA较易变异,且RNA聚合酶和逆转录酶均无校对功能,这就使得逆转座子具有高度变异性。逆转座子可通过遗传变异,基因重排或对基因表达的影响,导致生物遗传多样性的形成。逆转座子除了能够促进基因的流动性增加遗传多样性外,它们散布在基因组中,还能够成为进化的种子。     

煤污病菌表皮生态位适应性进化机制研究进展

煤污病是一类外寄生性植物真菌病害。煤污病菌在果实表面形成黑色污斑和污点,导致外观品质降低影响销售,给果农造成严重经济损失。真菌的适应性进化分子机制一直是植物病原真菌生态学领域的研究前沿。煤污病菌在进化过程中为适应寄主表面营养贫瘠、干旱、紫外线照射等非生物胁迫,以及与表面其他微生物竞争生物胁迫等极端环境,进化出一系列独特机制,从而成功定殖于植物表皮。本文从基因组结构趋同进化、致病相关基因家族收缩与扩张和胁迫响应等方面,系统综述了煤污菌群对表皮生态位的适应性进化分子机制。     

从知识创新展望21世纪生物多样性科学

首先简要介绍汤佩松(1983)创新植物学,随后根据其创新思想分析了生物多样性三个层次研究的现状和问题。提出了一个根据DNA 序列变异尺度为标准的新的遗传多样性等级制度。为了避免物种和其他分类群的随意性, 建议以DNA 序列变异作为可操作的分类单元(OTU)和国际上进化上显著单元(ESU)相呼应。下一世纪的分子系统学和分子生态学可能重点研究DNA 变异, 特别是重复序列的变化对生物生命活动的调控, 在分子水平上揭示结构和功能的进化和适应。第三部分讨论Diversitas五个核心课题, 说明分子水平研究和生物技术对生物多样性保护和持续利用的重要性和迫切性。最后评论了" 天人合一" 为代表的反科学主义思潮, 坚持科学进步。