植物蔗糖转运蛋白的基因与功能

蔗糖是植物体内碳水化合物长距离转运的主要( 甚至唯一) 形式, 为植物生长发育提供碳架与能量。蔗糖转运蛋白(sucrose transporter, SUT)负责蔗糖的跨膜运输, 在韧皮部介导的源-库蔗糖运输, 以及库组织的蔗糖供给中起关键作用。自从菠菜中克隆到第一个SUT基因以来, 已先后有多个SUT基因的cDNA得到克隆与功能分析, 涉及34种双子叶与单子叶植物。每种植物都有一个中等规模 的SUT基因家族, 其不同成员之间具有较高的氨基酸序列同源性, 但在蔗糖吸收的动力学特性、转运底物的特异性和表达谱等方面存在差异。本文系统介绍国内外(主要是国外)在植物SUT基因的克隆、分类与进化、细胞定位与功能, 以及研究方法等方面的研究进展, 并简要介绍我们在橡胶树SUT基因研究上的初步结果。     

原核生物系统发生学与分类学的一致性: 组份矢量树与原核生物分类系统的详尽比较

截至2006年12月31日, NCBI共有432个原核生物的全基因组可供下载. 基于这些数据, 我们用组份矢量方法构建了原核生物的进化树. 最新的《伯杰系统细菌学手册》的在线大纲体现了细菌学家的分类系统. 我们对两者从各个分类单元、各个分支进行了详尽的比较. 组份矢量方法所得到的亲缘树和伯杰分类系统在整体结构和绝大多数的细微分支上都相当一致. 同时, 两者的多数不同之处也已经在一定程度上为生物学家所知, 从而为原核生物分类系统的修正提供了一定的启示. 本文重点阐述两者之间分岐之处的生物学含义, 而不再对居主导地位的相同之处做详细叙述.     

组分距离方法构建基于核糖体蛋白质或氨酰tRNA合成酶的原核生物亲缘树

最近新发展的基于计算短串频度, 推断原核生物系统发生关系的K串组分距离方法, 以整个蛋白质组作为数据集. 采用每个物种的全部核糖体蛋白质或氨酰tRNA合成酶, 得到一致结果. 已知后一组蛋白质在单个使用时, 产生彼此不同的进化树. 我们构建进化树不需做任何序列联配, 所得亲缘树包括16个古细菌、105个细菌和2个真核生物. 大部分低层分支与《伯杰系统细菌学手册》(第2版), 即2003年第4次发布的细菌系统分类大纲相一致, 而且对高层分支关系给出一些建议.     

基于比较基因组学方法揭示十字花科古老杂交事件

杂交是物种进化动力的源泉之一,它有助于快速积累遗传变异,增强群体的遗传多样性,促进新物种的产生,因此在不同物种类群中识别古老和近期的杂交现象具有重要意义。杂交事件的识别方法可以采用多种特征,包括传统的遗传表型、代谢产物、染色体数目,以及群体遗传学和系统发育基因组学提供的基因水平的分子表型。本研究通过选取28个十字花科物种及两个外类群物种作为研究材料,采用比较基因组学和系统发育基因组学研究手段,在叶绿体和核基因两个方向上联合分子表型信息鉴定十字花科内的杂交事件。结果表明:1、以单基因树映射物种树的结果为依据,十字花科物种主要分为两类:其一,姐妹类群分布相对集中、以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为代表;其二,姐妹类群分布相对分散暗示基因存在多种来源,以诚实花(Lunaria annua)为代表。2、进一步通过叶绿体和核基因的系统发育关系对比法分析,我们认为诚实花可能是一个新的杂交物种,其39.1%的基因与父本来源的C类群基因关系最近;38.5%的基因与C类群以外类群的基因最近,特别是来自B、C结合类群共同祖先的10号节点(占比3%)支持其作为诚实花的母本来源。3、通过对父母关键进化节点的功能富集分析,发现父本主要富集在生物降解、次级代谢产物、RNA调控等途径上,表明其可能通过RNA调控生物降解、次级代谢过程以适应胁迫环境;母本主要富集在代谢途径上,尤其是碳水化合物、核酸代谢等方面,表明其可能通过增强自身代谢获取相对竞争优势。