应用中性理论分析局域群落中的物种多样性及稳定性

如何解释群落中物种的丰富与稀少,并对物种多样性和群落稳定性进行合理的量化评价是群落生态学研究中的一个热点问题。20世纪中期,MacArthur将影响自然群落稳定性的因素归结为物种数量多少以及物种间相互作用的大小,20世纪末Doak等学者提出群落的容纳能力和物种间的维持机制是决定群落稳定性的关键因素。同时对群落结构及物种间维持机制的研究也有了新的突破,Hubbell提出"生物多样性与生物地理学统一的中性理论(Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography)"为群落生态学研究提供了新的思路和方法。从群落中性理论的基本假设出发,对Hubbell中性理论中局域群落的物种多度动态模型进行分析,归纳得出群落中性理论中物种多样性与群落稳定性之间的量化关系。封闭的局域群落中,出现物种灭绝或单物种独占的时间与群落大小及物种相对多度成正比,物种多样性程度的增加可延长物种灭绝或独占的时间;开放的局域群落中,物种多度期望值与局域群落大小、物种在集合群落中的物种相对多度成正比,周围群落中物种的灭绝会引起局域群落中相应物种的灭绝,最终导致整个生态群落物种多样性的降低;群落中物种多度的方差与局域群落大小、迁移率、物种在集合群落中的物种相对多度相关,局域群落物种多度的波动幅度随着群落间生态隔离的减弱或物种多样性程度的增加而减小。由此,集合群落物种多样性是影响局域群落物种多样性的重要因素,生态隔离程度的减弱及物种多样性的增加都将增强群落的稳定性。     

猪POU1F1基因5’侧翼区克隆及序列分析

POU1F1基因是POU基因家族的成员之一,对哺乳动物的早期发育和相关基因启动表达起重要的调控作用。本文利用染色体步移技术,从长白猪基因组中首次克隆到了约1．5kb的POU1F1基因5’侧翼区序列,并利用相关软件对其进行了序列分析和物种间POU1F1基因5’侧翼区序列比对及进化树构建。结果表明所克隆的片段中含典型的TATA盒（-57）和类CAAT盒序列（-87）。TESS软件分析发现在启动子附近有一系列潜在的重要的转录因子结合位点。序列比对结果表明不同物种POU1F1基因的转录起始点上游-150bp区域保守性较强,可能是启动子的核心序列。其中猪与牛的同源性最高,其次是黑猩猩、人、狗,与大鼠、小鼠和鸡同源性较低,与斑马鱼序列同源性最低。同源序列主要集中在转录起始点上游-150bp至-1000bp区域。Vista中的MLAGAN程序构建的系统进化树真实反应了物种间进化关系。     

小黑麦碳酸酐酶蛋白质三维结构预测

根据已经克隆到的小黑麦碳酸酐酶基因序列,将其概念地翻译成蛋白质的氨基酸序列。利用MEGA4.1、DNAStar5.02、SOPMA、Swiss-Model Workspace和NCBI-VAST等在线软件和服务器对该小黑麦碳酸酐酶(CA)的一级结构、二级结构及三维结构进行了分子结构模型预测,并对其三维结构进行了比对。结果显示,小黑麦碳酸酐酶定位于线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上,具有β类碳酸酐酶所特有的保守性基序C-[SA]-D-S-R-[LIVM]-x-[AP];SOPMA预测的二级结构显示,该酶含有α-螺旋(38.61%)、随机卷曲(54.44%)和β-折叠(6.95%)。通过VAST矢量比对工具将小黑麦碳酸酐酶与模板(lekjA)三维结构进行比对,结果显示小黑麦碳酸酐酶与豌豆β碳酸酐酶同型八聚体中的一个单体(lekjA)具有很好的匹配,故推测小黑麦碳酸酐酶全酶也可能是同型八聚体。     

基于Yarn云平台的生物基因多序列比对并行算法

为了解决生物信息学中基因多序列比对的计算速度慢和软件陈旧的问题,提出了基于Yarn(Yet Another Resource Negotiator)云平台的生物基因多序列比对并行计算方法Yarn_clustalW。分析了clustalW算法的数学模型及其面向MapReduce的任务划分方式,Yarn_clustalW中综合考虑了基因的长度和数目,采用一种基于阈值刻度的任务划分方式。利用NCBI的GenBank生物基因数据作为案例程序进行了测试。实验结果表明:Yarn_clustalW比起多序列比对clustalW串行计算方法具有更快的运行时间与加速比,可以使生物科研人员节省很多时间与精力,方便对于药物靶标的发现,缩短生物药物的开发周期。     

高通量测序序列比对研究综述

高通量测序技术的飞速发展,给生物信息学带来了新的机遇和挑战,第二代测序序列数量多、长度短使得原来的序列分析手段不再适用。近几年来,针对高通量测序的序列分析算法和软件日益增多,目前已有上百种,导致选择合适的软件成为一个难题。对第二代测序的测序类型、序列类型以及分析算法进行了总结和归纳,对现今常用的分析软件的序列的类型、长度以及软件应用算法、输入/输出格式、特点和功能等方面做了详细分析和比较并给出建议。分析了现今测序技术和序列分析存在的问题,预测了今后的发展方向。     

自适应蚁群算法在DNA中的应用

主要讨论了自适应蚁群算法在DNA序列比对中的应用，主要的过程是：首先，我们设一个计分函数和一个得分策略，在任意给出一对DNA序列，建立一个序列比对矩阵．现由4只蚂蚁从左上角向右下角移动，并且最终到达右下角，那么这4只蚂蚁随意走出4条路径，根据4条路径得出4对等长的比对，再依照计分函数分别计算出4条路径的比对得分，再由1．3式进一步验证4条路径的平均得分值，取其中得分最高（即最优路径）路径；进行第二次信息素增量的调整，方法是根据蚂蚁所走过的方向和该方向上得分比例计算出来的，信息素的变化量利用矩阵来存储，那么下一次蚂蚁所选的路径就要根据以前在各条路径上的信息素浓度总和的大小选择移动方向，最终经过有限次迭代，蚂蚁就会找到一条最优路径，也就是一条与原来DNA最相似的DNA链．     

用GenBank做“利用DNA分子比对的方法认识生物进化证据”的模拟实验

研究了如何利用美国国立生物技术信息中心的GenBank平台，做“利用DNA分子比对的方法认识生物进化证据”的模拟实验。让高中学生通过计算机网络进行生物学探究性实验。经过课堂教学实验和学生调查，结果显示此种模拟实验可行．能够使学生产生积极的兴趣，对于学生形成进化论观点有帮助。     

中国农大小型猪胰淀素基因部分未知序列扩增与分析

目的扩增中国农大小型猪IAPP基因序列,分析其序列结构特点。方法提取中国农大小型猪血液基因组DNA,设计3对特异性引物进行PCR扩增,产物鉴定、测序和同源性比对分析。结果成功扩增出中国农大小型猪IAPP基因的1028bp的序列。结论经同源性比对分析显示,中国农大小型猪与人的IAPP基因的同源性为77%。     

参加CAP真菌检验室间质评结果分析

目的能力比对检验(Proficiency testing,PT)是室间质评的重要方案,通过参加美国病理家学会(College of American Pathologist,CAP)能力比对检验,监控实验室检验能力,确保检测结果的准确性、可重复性和可比性,促进实验室质量改进。方法中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院检验科实验室于2009年参加CAP真菌检测能力验证活动。实验室收到标本后,按照常规真菌标本进行真菌学检查和免疫学测定,在规定的时间内将检测结果回报给CAP。CAP在同方法组内对检测结果进行评估,并提供所有参与实验室的结果统计报告。结果截至目前完成2009年3次共17份标本,回报结果正确率:F-A和F-C为100%,F-B为80%,结果评价均为满意。结论通过参加CAP能力比对检验,实现对检验结果准确性的持续性监测,提高真菌感染实验室诊断水平。     

Globin-like蛋白质折叠类型识别

蛋白质折叠类型识别是蛋白质结构研究的重要内容.以SCOP中的Globin-like折叠为研究对象,选择其中序列同一性小于25%的17个代表性蛋白质为训练集,采用机器和人工结合的办法进行结构比对,产生序列排比,经过训练得到了适合Globin-like折叠的概形隐马尔科夫模型(profile HMM)用于该折叠类型的识别.以Astrall.65中的68057个结构域样本进行检验,识别敏感度为99.64%,特异性100%.在折叠类型水平上,与Pfam和SUPERFAMILY单纯使用序列比对构建的HMM相比,所用模型由多于100个归为一个,仍然保持了很高的识别效果.结果表明:对序列相似度很低但具有相同折叠类型的蛋白质,可以通过引入结构比对的方法建立统一的HMM模型,实现高准确率的折叠类型识别.