禾本科同源染色体对趋同进化的比较基因组学

多个禾本科物种全基因组测序的相继完成为禾本科植物基因组物理和遗传结构进化历史的研究提供了前所未有的良好机遇。以五个禾本科物种为研究对象,利用基因同源共线性方法对其基因组进行了比对分析,获得了物种的同源信息,并根据同源信息结合基因组同源结构分析,确定了物种基因组内和基因组间的同源染色体片段。比较分析同源染色体对上重复DNA片段之间的分子距离,初步揭示了禾本科植物同源染色体对间趋同进化规律,研究结果有助于理解染色体结构受非正常遗传重组影响的进化机制。     

RAD-seq技术在鱼类基因组学中的研究进展

限制性酶切位点相关DNA测序(restriction-site associated DNA sequencing,RAD-seq)是在二代测序技术上发展起来的简化基因组测序技术,该技术操作简单、实验成本低、并且简化了基因组的复杂度.鱼类是脊椎动物中物种数最多的类群,由于生活环境的不同,造就了丰富的物种多样性,常作为基因组学的研究对象.目前,在鱼类基因组学研究中,RAD-seq技术广泛应用于鱼类的系统发育、物种分化、遗传图谱、群体遗传和适应性进化等方面的研究.研究主要基于RAD-seq技术在鱼类基因组学中的研究进展进行综述,以期为鱼类资源的保护和合理利用提供参考依据.     

自然杂交对植物物种生存进化的影响

自然杂交是一个常见现象,人类活动正加速自然杂交的发生,人类干扰导致的非自然的杂交过程对物种的生存、进化产生许多负面影响,本文根据文献对近年来自然杂交方面的研究进行了综述。自然杂交不仅影响着物种的生存、进化,也对物种的保护问题带来许多理论上与实践上的挑战。杂交与遗传渗入有利于提高物种的遗传多样性,为物种的进化提供原材料。遗传渗入有利于增加物种的适应性变异,甚至导致新的生态型、新物种的产生。但另一方面当小种群与大种群发生杂交时,小种群很易受遗传同化的影响而灭绝。自然杂交对生物学物种概念提出了挑战,自然杂交往往模糊种间边界,形成分类学及系统发育研究中的困难类群。自然杂交能通过强化种间生殖隔离机制来促进类群间的进化趋异,也能导致种间生殖隔离机制的崩溃,引起物种的融合而降低生物多样性。文章认为在当前生物入侵、物种灭绝加速的情况下,人们需要关注在什么条件下隔离机制被打破导致杂交的发生、遗传渗入形成机制以及如何采取有效措施防止杂交及遗传渗入对物种遗传多样性的影响。     

基于系统发育和功能性状的森林群落构建机制

群落物种共存机制是生态学研究的重要论题。共存物种的生态和进化相似性是用于验证群落构建机制的关键信息之一,生态学家常用系统发育和基于功能性状的方法间接或直接估算相似性,从而揭示驱动群落构建的主要生态学过程。系统发育分析方法和基于功能性状的方法均能检验生境过滤和竞争排斥过程在群落构建中的作用,并为解决生态位理论和中性理论之争提供新的视角。根据现代物种共存理论,在不同的功能性状进化模式下,不同生态过程构建的群落功能结构和系统发育结构可能不同,聚集的群落系统发育结构可能在性状进化保守的情况下由生境过滤过程构建,也有可能在性状趋同进化的情况下由竞争排斥过程构建而成,因此检验功能性状系统发育信号对于推断群落构建机制显得十分必要,联合系统发育和功能性状的研究将能更加精确地推断驱动群落构建的主要生态过程。联合系统发育和功能性状研究干扰和次生林演替对群落系统发育结构物种共存机制的影响,将有助于认识群落物种多样性对干扰的响应及不同演替阶段群落的构建机制,为群落的管理和恢复提供依据。     

从"同一性"到"多样性"

人类遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。遗传多样性是指生物基因组在长期进化过程中积累起来的遗传变异。这些变异可以是有益的、中性的或有害的;其中一些被保存下来,导致不同种族、群体和个体间基因组的差异,那就是遗传多态性。人类遗传多样性寓于世界民族和各遗     

线粒体假基因--核基因组中的分子化石

核基因组中线粒体DNA片段是线粒体基因向核基因组转移造成的．这些线粒体来源的核DNA片段都是不能表达的假基因，这种序列容易被通用引物从总DNA模板中优先扩增出来，它的存在必然给mtDNA的应用带来负面影响．总结了脊椎动物线粒体假基因的特点，结合笔在GenBank上发现的登录为mtDNA而实际为假基因的序列提出假基因存在的普遍性，分析这种序列对mtDNA在人类线粒体病理学、脊椎动物系统进化研究等方面应用的负面影响．对假基因在线粒体和细胞核两基因组进化研究以及物种系统发育学研究中的应用前景进行展望．     

基于ISSR标记的稻属AA基因组遗传多样性分析

为了确定稻属AA基因组物种间的遗传差异和系统进化关系,62份来自广泛地理分布的水稻品系被用于ISSR标记分析。这些品系包含有6个野生稻种(O.nivara,O.rufipogon、O.barthi,O.longistaminata,O.glumaepatula,和O.meridionalis)和2个栽培稻种(O.sativa和O.glaberrima)。21条能产生良好重复性条带模式的ISSR引物被筛选出,并在62个水稻品系中揭示出非常好的多态性。全部样品的基因多样性为0.527,同时显示出ISSR标记在稻属物种遗传多样性研究中具有强大的作用。根据ISSR条带模式,利用Jaccard配对相似系数构建的一致性树状图,显示出具有良好自展支持率的稻属AA基因组遗传多样性关系。结果表明,来自不同大陆的稻属物种具有较近的亲缘关系,尤其是亚洲野生稻物种与Vaughan1989年建立的稻属分类系统具有良好的一致性。研究结果将对稻属AA基因组野生稻在水稻育种实践中的有效利用具有非常重要的意义。     

RAPD技术在遗传多样性研究中的应用

近几年来，RAPD技术在遗传多样性研究中的应用取得很大进展，就其在收集种质资源、遗传育种物种进化及鉴定、基因组图谱构建和基因定位及分离等方面的应用进行了综合评述，并对RAPD的优点和缺点及对策进行详述。     

基因横向转移在细菌进化中的作用

生物进化研究处于生物科学体系的核心和前沿。自达尔文创立进化论以来,随机突变一直被认为是进化的动力,基因横向转移在进化中的作用和发生机制是近年来生物进化研究中的难点。在项目研究过程中创新研究方法,探索极端环境细菌重要功能和细菌表面多糖抗原的进化规律,研究基因横向转移的作用和发生机制。项目完成对认识生物进化具有重要科学意义,对微生物遗传育种、新发病原体防控等具有重要应用价值。     

基于基因组学的栎树生物学研究进展

栎树(Quercus spp.)是北半球重要的经济与生态树种。夏栎(Q. robur)、加州白栎(Q. lobata)、麻栎(Q. acutissima)等树种基因组的公布,对栎树生物学研究产生了深刻的影响。近5年来,栎树生物学出现了包括系统进化与物种鉴定、基因渐渗与适应进化、景观基因组学与生态保育、生物共存与互作机制、次生代谢与生长发育、DNA甲基化与表观遗传调控及基因与长寿机制等方面的研究热点。虽然基于基因组学的栎树生物学若干研究前沿已经形成,但尚处于起步阶段,笔者预期未来会向4个方面深入:①强调栎树基因组资源的深度应用。应用景观基因组学途径,探究栎树的杂交渐渗与适应进化;联合基因组、转录组、蛋白组等多组学技术,探究栎树生长发育与胁迫响应过程中的基因调控网络与信号通路;优化体细胞发生和遗传转化体系,攻克栎树遗传改良和基因资源开发技术瓶颈。②促进栎树研究体系的广度拓展。随着壳斗科其他树种全基因组序列的公布,基于从分子到群落的不同生物层次的模式系统,将对欧亚大陆和北美不同区域的栎树,包括白栎组、红栎组、冬青栎组、麻栎组等不同栎树类群,以及壳斗科其他属树种基因组生物学研究产生深远影响。③关注栎树资源利用的遗传与发育主题。用栎树基因组资源对其结构的、代谢的和农艺性状的差异及其优化加以解析,全基因组关联研究(GWAS)也将应用于栎树,从而为阐释木材发育和木栓形成的机制奠定基础。④聚焦栎林保育的生态与进化主题。在全球气候变化背景下,通过增加耐受胁迫的基因型,以缓解气候变化对森林生态系统的影响。同时维持和保护栎树在自然生态系统中的生态与进化过程,阐明栎树多样性、迁移与适应、趋异与趋同生态适应等方面进化成功的机制。     

加强生物育种技术协同发展

生物育种技术快速发展，转基因育种技术引起全球关注。本文从自然界基因转移和物种进化等方面进行了有关转基因争议方面的释疑。提出要根据生物遗传育种的研究条件、改良作物、改良性状等方面的需要，协同发展不同层次的生物育种技术，培育出抗逆优质高产品种。最后根据物种抗性竞争进化的原理，建议要科学利用生物多样性和农艺措施防治作物病虫害，减少环境污染，保障生物多样性和人类健康。     

融入自然

刚刚过去的2009年，是达尔文诞辰200周年，也是他的传世巨著《物种起源》发表150周年，不同媒体以不同方式讲述达尔文的经历和理论。在一波高过一波的宣传浪潮中，更多的人知道了加拉帕戈斯群岛上那些嘴巴大小不同的达尔文地雀，更多的人理解了长颈鹿并非有意识地伸长脖子去吃树叶.     

后基因知识发现中有选择的课题

大信息通过量序列与功能基因组技术绘制了人类基因序列图，并且使得大规模人类群体基因型与基因表达的特征勾画成为可能，进一步的研究是对基因组序列的准确注释、基因组与蛋白质之间相互作用和物种的遗传变异性上。基因组注释过程越来越以涉及进化研究和模型生物体的比较方法作为依据。DNA与蛋白质之间的相互作用是生物学相互作用中最基本的，而且在生物学、医学和药物学中具有普遍的意义。     

基于相对熵原理构建生物进化系统树

根据相对熵原理定义了物种进化距离,把它应用到基于DNA序列分析的生物进化系统树构建的研究中.首先选用64种脊椎动物的线粒体DNA序列为材料,得到与传统的根据物种形态构建的系统树基本一致的树形;进而进行全基因组序列层次的物种进化的研究,选取长度约为线粒体DNA序列102倍的12种古生菌、真细菌全序列,最终也得到了合理的系统树.     

基于文献数据比较研究东北针阔混交林群落叶绿体遗传多样性

第四纪气候变化对植物群落产生深远影响,然而植物群落如何响应气候变化,群落内不同物种是否具有一致的响应,对于这些问题仍缺乏更系统和完整的答案．中国东北针阔混交林位于凉温带,对气候变化十分敏感,是研究物种对第四纪气候变化响应的理想区域．本研究利用文献检索调查东北针阔混交林物种谱系地理研究现状,并基于文献数据分析东北针阔混交林群落及其周边群落的遗传多样性空间分布情况．结果发现,2020年前,仅有23篇文章对27个东北针阔混交林群落物种进行谱系地理研究．无论是群落水平还是物种水平,均未发现遗传多样性的纬度梯度格局．现有的数据表明,长白山西部和大兴安岭北部地区具有较高的群落遗传多样性．这些结果表明冰期“原位避难”可能是东北针阔混交林群落物种的普遍模式,但是具体的冰期避难所位置可能存在物种差异．由于文献数据是独立而分散的谱系地理研究,存在取样种群和分子标记以及覆盖度的差异,从而导致基于文献分析的群落水平遗传多样性格局结论仍存在不确定性．未来应开展以群落遗传多样性和群落形成历史问题为导向的系统设计,以期系统性地回答群落如何响应第四纪气候变化．      

特有种四合木种群遗传结构分析

对四合木种群的遗传结构进行了研究．结果表明，四合木在种群水平上维持较高的遗传多样性．大部分遗传多样性存在于种群内，种群间的遗传分化很低．四合木的较高的遗传多样性是在长期进化过程中适应生境条件变化形成的．其基因组DNA存在较高的变异性，各种群之间存在一定的基因流，四合木各种群可看成是meta-种群，应注意保护四合木中具有丰富的遗传多样性的meta-种群．     

利用物种的蛋白质系统发生图谱研究物种进化

随着后基因组时代的到来,越来越多的物种基因组序列被测定出来.基因组信息的大量增加,使得从基因组的水平研究物种进化成为可能.文中定义了物种的蛋白质系统发生图谱的概念,将之用于进化分析,并从蛋白质组的水平研究了物种间的进化关系.此方法与目前较流行的分子进化方法相比,具有适用范围广,结果稳定等特点.随着基因组测序工作的迅速发展,用蛋白质系统发生图谱构建进化树的方法将有很大的发展空间.     

DNA中性标记反映的非随机亲缘地理格局——以东亚植物物种为例

基于DNA中性分子标记的亲缘地理学研究却多获得非随机的空间遗传格局,与气候、环境因子或者表型性状具有很好的一致性,这种非随机格局是如何形成和维持的.本文以东亚植物物种为例,分析了其空间遗传格局的非随机性及其一般特点,讨论了其可能的成因.冰期避难所隔离、物种分布区变化等中性过程是目前大多研究采用的解释,然而仍有部分线索暗示可能存在自然选择导致的适应性进化.我们认为这种基于"中性"分子标记的亲缘地理研究对未来适应性进化研究具有重要的启发作用,提出可能的一般研究框架,并展望了二代测序技术在未来适应性进化研究中的作用.     

一个用于区域物种多样性综合评价的指数

区域尺度物种多样性评价不仅是生物多样性研究的一个重要内容,对于保护区的建设也具有指导意义.选取全国具有代表性的57处自然保护区,构建大尺度陆栖脊椎动物物种多样性数据库,在物种水平上,探讨了一个用于区域物种多样性综合评价的E指数,即给予每个类群相同的权重,由陆栖脊椎动物四大类群综合计算而得.通过对物种丰富度的变形P指数和E指数进行比较,得到以下结论:E指数与物种丰富度有着极显著的相关性,二者都能用来评价物种多样性,但E指数比物种丰富度更能无偏颇地评价区域物种多样性,包含的信息更多,而P指数则会低估两栖类和爬行类物种数量较多的自然保护区的物种多样性,这种低估对于南方的保护区尤为严重.因此,为使区域尺度物种多样性评价更加科学合理,本文推荐运用E指数.     

遗传多态性 中国科学家谈科学

人类基因组序列测定已经完成,今后研究的重点将是基因组多样性。中国有着得天独厚的人类遗传和生物多样性资源,将为遗传多态性研究和基于基因的个体化医疗方面作出积极贡献。