基因组AFLP分析及线粒体12S rRNA序列变异在笛鲷科系统发育上的比较

以10种笛鲷科鱼类和1种纵带裸颊鲷为对象,采用ABI PRISM 310测序仪进行基因组AFLP分析,并结合线粒体12S rRNA序列变异对笛鲷科系统发育开展比较研究．结果显示:除了紫鱼属和梅鲷属鱼类外,这两种方法构建的最小进化树(ME)的拓扑结构基本上是一致的,而且具有较高的自展值(bootstrap),其揭示的笛鲷科系统发育关系也为最大似然法(ML)支持．基于线粒体12S rRNA序列进行最大似然法分析表明,笛鲷科系统发育最适合的替代模型为TrN G,对数似然比检验表明,分子钟是被接受的．AFLP遗传标记适合于笛鲷科及以下水平的系统发育分析．研究表明,笛鲷属可能为一单系,但其他属的系统发育关系还需要更多资料进一步验证．     

细胞色素b和12S rRNA基因序列变异与东方鲀属鱼类系统发育

东方鲀属鱼类是一个区域性分布类群, 该属目前包括22个有效种, 主要分布区域从日本海西部到中国沿海. 本研究通过联合17种(21尾)东方鲀属鱼类的细胞色素b (1137 bp)和12S rRNA (952 bp)基因全序列研究了东方鲀属鱼类的系统发育关系. 采用了邻接法(NJ)、最大简约法(MP)、最大似然法(ML)和Baysian方法构建了分子系统树. 结果表明: (ⅰ) 东方鲀属鱼类为一单系类群; (ⅱ) 基于分子系统发育分析, 东方鲀属鱼类可划分为6个亚群; (ⅲ) 在分子水平上, 本属各鱼类物种的遗传距离比较接近, 这显示了其物种间分化时间较短. 研究结果还表明, 本属鱼类物种分类情况可能还需要进一步的澄清. 研究中还发现种间杂交现象可能对本属鱼类的物种分化过程有重要影响.     

16S rRNA基因序列变异与中国鮡科鱼类系统发育

采用PCR技术获得了中国鮡科鱼类10属9种鰋鮡鱼类和6种非鰋鮡鱼类线粒体DNA 16S rRNA基因部分序列. 序列分析表明, 16S rRNA序列非配对区有A碱基偏倚性, 配对区有G碱基偏倚性. 在非配对区, 主要由于A→G转换引起转换大于颠换的偏倚, 且平均替代率几乎是配对区的2倍. 配对区和非配对区均没有替代饱和现象. 采用最大似然法(ML)和Bayesian方法构建分子系统树, 结果表明, 鮡科是一个单系群, 由(黑鮡属(魾属, 纹胸鮡属))与(褶鮡属+ 鰋鮡鱼类)两支构成. 鰋鮡鱼类可能不是一个单系群, 分子数据不支持褶鮡属与鰋鮡鱼类构成姐妹群关系. 褶鮡属与凿齿鮡属可能构成姐妹群关系. 鮡属不是一个单系, 与石爬鮡属和拟鰋属构成单系群. 前臀鮡可能是中华鮡的同物异名, 石爬鮡属可能只有一个有效种, 即青石爬鮡.     

S7核糖体蛋白基因序列变异及其在低等鲤科鱼类中的系统发育意义

鲤科是世界鱼类中最大的科，有210余属2010种，为研究其系统发育关系需要筛选合适的DNA标记，将S7核糖体蛋白基因用作遗传标记进行鲤科鱼类的系统发育分析，通过PCR方法，扩增了长度为602bp的胭脂鱼以及长度为655～859bp的16种鲤科鱼类的S7基因内含子1序列，序列排列得到925个排列位点，其中信息位点499个，占全部位点的54%，结果表明，鲤科鱼类S7基因内含子1序列具有丰富的信息位点，并且在亲缘关系不同的物种间存在显著的序列差异，基于S7基因内含子1序列的NJ（neighbor-joining）和MP(most-parsimony）分支树经1000次重复抽样试验后，节点的自展支持率普遍高于以细胞色素b及线粒体控制区(d-loop）基因为遗传标记时所得到的分支树，因此，S7基因内含子1作为遗传标记在鲤科系统发育研究中的分辨率是比较高的，它是一个适合鲤科内亚科水平系统发育研究的有用的分子遗传标记，但S7基因内含子1是否适用于鲤形目科间或科以上水平的分子系统学分析，有待进一步研究。     

东亚低等鲤科鱼类细胞色素b基因序列测定及系统发育

采用ＰＣＲ技术获得了１４种主要分布于东亚的低等鲤科类色素ｂ基因的全序列。所得１１４０ｂｐ细胞色素ｂ基因序列与１０种取自ＧｅｎＢａｎｋ，分布在北美和欧洲的相关鲤科鱼类的同一基因序列一起排序后，得到了２５种锂科鱼类的ＤＮＡ序列矩阵，此矩阵经过最大似然（ｍａｘｉｍｕｍ ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）法计算后获得了低等鲤科及相关种类的系统发育分支图解。分支系统图显示鲤科的雅罗鱼亚科和Ｔａｎ亚科鱼类并不形成单系类群     

用cpDNA matK基因和nrDNA ITS区序列确定我国特有植物四棱草属的系统位置

测定了我国特有植物四棱草属以及马鞭草科6属和唇形科13属共27个代表种的叶绿体DNA matK基因和核核糖体DNA ITS区序列.应用相对表观衍征分析方法(RASA)对所测DNA序列的系统发育信号及所选择外类群的有效性进行了统计评价.应用最大简约法(MP)、邻接法(NJ)和最大似然法 (ML)对matK和ITS序列进行了独立的和联合的分子系统发育分析.结果表明,四棱草与三花莸为姐妹群;Contino等提出的莸属复合群不构成单系类群,莸属4种具有复系演化关系;Contino系统中的筋骨草亚科形成一个单系分支.此外,本文结果支持马鞭草科与唇形科构成复系类群以及白骨壤属从马鞭草科中独立的观点.RASA分析和多基因联合分析为确定复杂类群间的系统发育关系提供了有效的途径.     

用cpDNA matK基因和nrDNA ITS区序列确定我国特有植物四棱草属的系统位置

测定了我国特有植物四棱草属以及马鞭草科6属和唇形科13属共27个代表种的叶绿体DNA matK基因和核核糖体DNA ITS区序列. 应用相对表观衍征分析方法(RASA)对所测DNA序列的系统发育信号及所选择外类群的有效性进行了统计评价. 应用最大简约法(MP)、邻接法(NJ)和最大似然法 (ML)对matK和ITS序列进行了独立的和联合的分子系统发育分析. 结果表明, 四棱草与三花莸为姐妹群; Contino等提出的莸属复合群不构成单系类群, 莸属4种具有复系演化关系; Contino系统中的筋骨草亚科形成一个单系分支. 此外, 本文结果支持马鞭草科与唇形科构成复系类群以及白骨壤属从马鞭草科中独立的观点. RASA分析和多基因联合分析为确定复杂类群间的系统发育关系提供了有效的途径.     

蛱蝶科亚科间的分歧时间估计

基于自行测定的以及GenBank收录的线粒体COI基因和核EF-1α基因序列, 应用最大似然法、贝叶斯推断法及马尔可夫链蒙特卡罗方法探讨了世界蝶类最大科——蛱蝶科亚科间的系统发育关系, 并对该科分子系统发育树各分支间的进化速率进行了差异显著性检验. 结合眼蝶亚科、蛱蝶亚科和苾蛱蝶亚科的化石资料, 获得了蛱蝶科所有12个亚科间首次分歧时间的平均估计值, 为44.2~87.1 Ma. 研究结果有助于人们深入了解该科的起源与进化以及估计蝶类和其他复杂类群的分歧时间.     

利用8个基因的DNA序列探讨南洋杉科的系统发育关系和起源时间

南洋杉科是最原始的松杉纲类群之一, 其系统发育关系与起源(分支)时间研究具有极为重要的意义. 利用自行测定和GenBank中获得的核核糖体18S和26S, 叶绿体16S, rbcL, matK和rps4以及线粒体coxⅠ和atp1等8个基因的DNA序列, 构建了南洋杉科的分子系统树, 确定该科属间系统发育关系应为((瓦勒迈杉属, 贝壳杉属), 南洋杉属). 以瓦勒迈杉属和南洋杉属Araucaria族和Eutacta族的化石记录作为时间标定, 估计南洋杉科的起源在(308 ± 53)百万年前, 即该科在石炭纪晚期起源, 而非以往认为的三叠纪. 用相同基因组合还估计出南洋杉属起源于(246 ± 47) 百万年前, 贝壳杉属起源于(61 ± 15)百万年前. 对不同基因所构建的系统树进行统计分析并对它们所估计的起源时间进行比较表明, 叶绿体matK和rps4基因较为适合南洋杉科的系统发育与起源时间估计研究.     

高度特化等级裂腹鱼类分子系统发育与生物地理学

分析了分布于青藏高原及其邻近地区23个种和亚种36个群体高度特化等级裂腹鱼类的线粒体DNA细胞色素b序列, 重建了系统发育关系. 并采用地质隔离事件校正分支时间, 估计了主要分支发生时间. 结果发现, 高度特化等级裂腹鱼类不是单系群, 裸鲤属和裸裂尻属也不是单系群. 全裸重唇鱼可能是特化类群向高度特化类群演化的过渡类型. 高度特化等级裂腹鱼类的系统发育关系总体上反映了水系之间和地质历史的联系, 即来自相同和相邻水系的物种通常具有更近的亲缘关系. 估计的主要分支发生事件与青藏高原近晚地质时期强烈隆起有很好的一致性, 表明高度特化等级裂腹鱼类的起源演化与晚新生代青藏高原阶段性抬升导致的环境变化相关.     

扬子鳄的线粒体全基因组与鳄类系统发生

通过酶切、克隆、测序, 结合Long-PCR和Primer Walking法对扬子鳄线粒体DNA基因组进行全序列测定. 结果表明, 扬子鳄线粒体基因组DNA序列全长为16746 bp, 其基因组碱基组成为29.43%A, 24.59%T, 14.86%G, 31.12%C. 与其他大多数脊椎动物相同, 其基因组由13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因及1个非编码的控制区(D-loop)组成. 基因的排列与已测序的鳄类相似. 在全序列分析的基础上, 对12S rRNA基因序列、16S rRNA基因序列、蛋白质编码基因序列及其合并数据用MP法和ML法构建系统发生树, 结果表明扬子鳄与密河鳄的亲缘关系较近, 支持传统观点. 根据ML树的支长数值估计钝吻鳄属发生的时间为74.9 MaBP, 扬子鳄与密河鳄分歧的时间为50.9 MaBP.     

用叶绿体和核糖体DNA序列探讨中国特有植物斑子麻黄的系统位置

测定了我国特有植物斑子麻黄的叶绿体matK和rbcL基因以及核糖体18S基因和ITS区的序列, 选取麻黄属15个物种的16个类群(含旧大陆8种和新大陆7种)进行分子系统发育分析, 探讨斑子麻黄的系统位置. 基于最大简约法(MP)、邻接法(NJ)、最小进化法(ME)和最大似然法(ML)的独立与联合分析均表明斑子麻黄与木贼麻黄关系最近. 根据相对速率检验结果, 结合前人所建立的麻黄属rbcL基因进化速率估计斑子麻黄与木贼麻黄的分歧时间约为10.85±2.44 Ma.     

鲤科鱼类的c-myc CDS及其系统发育关系

鲤科鱼类在东亚的物种多样, 分布广泛, 物种特征尺寸差异明显, 弄清其功能基因的系统演变, 对于理解物种分化和功能进化具有重要意义. 以具有重要生长调控作用的c-myc基因为标记, 通过PCR扩增、克隆和测序, 共获得41种鲤科鱼类和外类群c-myc基因全序列, 发现并分析了c-myc编码区的两个高变异区. 基于c-myc CDS序列, 分别采用最大简约法(MP)、最大似然法(ML)和Bayesian法重建了鲤科鱼类的系统发育关系. 3种方法所得系统发育关系较为相似. 当以亚口鱼科的胭脂鱼(Myxocyprinus asiaticus)、鳅科的泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)和平鳍鳅科的中华间吸鳅(Hemimyzon sinensis)作为外类群, 3种方法重建的系统分支图均以较高的节点支持率支持鲤科鱼类中雅罗鱼系和鲃系的划分, 雅罗鱼系包括雅罗鱼亚科(Leuciscinae)的东亚种类、鲴亚科(Xenocyprinae)、鲌亚科(Cultrinae)、 亚科(Danioninae)东亚土著种类, 亚科(Gobioninae)和鳑鲏亚科(Acheilognathinae). 鲃系包括裂腹鱼亚科(Schizothoracinae)、鲃亚科(Barbinae)、鲤亚科(Cyprininae)和野鲮亚科(Labeoninae). 斑马鱼(Danio rerio)、麦氏 (D. myersi)和三线波鱼(Rasbora trilineata)应从雅罗鱼系或鲃系中分出, 形成另外的一个系群. 亚科是一个多起源的复合类群, 其中一些种类归属存在较多问题, 对 亚科一些种类有必要重新划分. c-myc CDS翻译成蛋白质后, 逐个分析具有简约信息氨基酸变异发现氨基酸位点变异与鱼类特征尺寸之间无相关性. 同时分析并发现c-myc编码区内两个高变异区序列变异既不能体现物种分化关系, 也与物种特征尺寸无相关性. 本研究还发现每一类群位于分支图基部较为原始的种类一般鱼类物种尺寸较小, 可能是对原始生态和生存压力适应的结果.     

美姑脊蛇Achalinus meiguensis线粒体基因组全序列及系统发育地位研究

报道了美姑脊蛇Achalinus meiguensis线粒体基因组全序列. 美姑脊蛇线粒体全序列长17239 bp, 由22个tRNA, 2个rRNA和13个蛋白质基因及2个非编码的控制区或D-loop组成, 存在着基因重排现象. 对已报道蛇类线粒体基因组全序列进行比对分析后, 发现一些蛇类线粒体基因组进化规律: 双控制区现象在爬行动物进化历史中独立地发生, 有不同的演化历史; tRNA假基因是在真蛇下目(Caenophidia)中进化形成的; TΨC臂的相对较短(一般少于5 bp)和缺失“DHU”臂造成蛇类tRNA较短. 通过MP和BI分析确定美姑脊蛇系统发育位置应该位于瘰鳞蛇Acrochordus granulatus和其他真蛇下目蛇类之间, 而不应该属于游蛇科Colubridae或者眼镜蛇科Elapidae. 由于美姑脊蛇与真蛇下目中蝰科Viperidae、游蛇科以及眼镜蛇科之间的单系性都被统计检验拒绝(P < 0.01), 由此认为美姑脊蛇所在的闪皮蛇亚科(Subfamily, Xenodermatinae)应该提升到科或者更高的分类阶元. 依据系统发育统计检验结果, 我们选择Bayesian树来进行分歧时间的估算. 原蛇下目与真蛇下目的分化时间为109.50 Mya; 而瘰鳞蛇与其他真蛇下目种类的分化时间为106.18 Mya; 美姑脊蛇的分化时间在103 Mya; 蝰科与眼镜蛇科和游蛇科构成的单系群的分化时间发生在96.06 Mya.     

红树科6属cpDNA和nrDNA序列相对速率检验及分歧时间估计

基于红树科６属１０种及外类群的ｃｐＤＮＡｍａｔＫ基因和ｒｂｃＬ基因序列以及ｎｒＤＮＡＩＴＳ区序列，分别构建了分子系统发育树，对不同系统发育树中有关分支间的核苷酸序列置换速率进行了差异显著性检验，根据相对速率检验结果，结合现有分子进化资料，推算属间的首次分枝时间为１３２．２５Ｍａ前，分布于内陆的竹节树族９除竹节树外）与分布于海红树族间的平均分歧时间为６４．１３Ｍａ前、而陆生的大叶竹节树和旁杞木间的分     

贝叶斯联合模型与中国洞穴鱼类分化时间的估算(鲤科: 金线鲃属)

金线鲃属分布于中国云贵高原及周边地区, 包括10多种适应于洞穴生活、具有不同程度眼睛和色素退化的典型洞穴鱼类. 迄今为止, 金线鲃属的系统发育关系还存在很大争议. 我们获得了34种金线鲃属鱼类及外类群的细胞色素b和ND4基因序列, 用贝叶斯联合模型分析数据, 重建了金线鲃属的系统发育关系; 并用松散分子钟估算了本属及内部分支的起源时间. 金线鲃属的单系性得到强烈的支持, 本属可分为6个分支. 此外, 本研究结果还支持洞穴物种的多系起源假说以及季氏金线鲃(Sinocyclocheilus jii)的基部位置. 松散分子钟估算表明, 金线鲃属起源于晚中新世, 在11百万年前(million years ago, Ma)左右, 比以前设想的要古老.     

珠穆朗玛峰地区东绒布冰川冰雪微生物群落及其季节变化

通过流式细胞计数和构建环境样品16S rRNA基因的克隆文库，分析了珠穆朗玛峰地区东绒布冰川冰雪微生物数量和菌群结构特征及其与季节变化的关系。珠峰地区冰雪微生物的16S rRNA基因序列分属于α、β、γ-变形菌纲，放线菌门，厚壁菌门，CFB, 蓝细菌, 真核质体，待定门TM7共 9大类，以γ-变形菌纲为主要类群，其中Acinetobacter和 Leclercia属是整个菌群中的优势属。微生物的数量和菌群结构具有明显的季节特征，夏季微生物的数量高于冬季；菌群结构具有一些共有属种的同时，在夏、冬季雪中具有各自特有的属种，共有属种推测是青藏高原局地源的微生物，序列同源性分析结果表明夏季较多细菌属种与海洋环境相关，冬季细菌则具有更强的耐冷性。微生物明显的季节变化可能是受珠峰地区夏季和冬季不同水汽来源的影响。     

水稻线粒体tRNATrp的种属特异性氨酰化

为了研究原核生物和真核生物（细胞质）色氨酰tRNA合成酶（TrpRS）对线粒体tRNA^Trp识别的种属特异性，构建了7个水稻线粒体tRNA^Trp三位点（G73，U72，A68）的单点或多点突变的突变体．这些突变基因，经体外转录后分别用枯草杆菌（B．subtilis）和人色氨酰tRNA合成酶（TrpRS）进行氨酰化反应，并测定它们的动力学常数．结果表明，与野生型水稻线粒体tRNA^Trp相比，7个突变体的转录产物被B．subtilis TrpRS氨酰化的活力分别降低了53．33％-99．79％，被人TrpRS氨酰化的活力却分别提高了4～330倍，其中以MPH7（水稻线粒体tRNA^Trp的三碱基（G73，U72和C68）全部突变为人tRNA^Trp的三碱基序列）的氨酰化活力改变最大．实验结果证明，与真核生物和原核生物细胞质tRNATrp的种族特异性类似，水稻线粒体tRNA^Trp的种属特异性元件也主要处于氨基酸接受茎的识别位碱基、第一和第五对碱基对，亦即识别位碱基G73，氨基酸接受茎上的两个碱基对G1／U72和U5／A68．本研究为线粒体tRNA^Trp起源于真细菌的推论提供了实验依据．     

唇口目苔藓动物分子系统演化及其主要类群分歧时间的推测

对40种唇口目苔藓动物(包括新测的24种)线粒体16S rRNA基因序列进行了比较分析, 运用邻接法和最大简约法构建了系统发生树; 同时基于适宜的谱系发生关系和确证的化石记录资料, 计算了唇口目苔藓动物16S rRNA基因的演化速率, 并据此推测了唇口目2大主要类群(无囊类和狭义有囊类)的起源和分歧时间. 结果显示, 唇口目高级分类单元(超科及以上分类阶元)的系统发生大都和现今形态分类体系间存在明显的分歧; 据估算, 现生无囊类和狭义有囊类苔藓动物在约263 Ma(中二叠纪, 瓜德鲁普世)和183 Ma(早侏罗纪)之前就已分化出来.     

一种基于结构域的蛋白质功能分类预测新方法

从已知的蛋白质序列数据出发，预测蛋白质的功能是生物信息学研究的一项重要任务。常见而有效的一种方法是将蛋白质按照其序列特征归并到不同的功能类中去。据此我们应用最大似然估计（MLE）算法，发展了一种以蛋白质结构域组成特征为基础的方法，对蛋白质进行功能分类。我们对酵母（Saccharomyces cerevisiae）基因组用MLE方法和文献中记载的另一种方法进行了预测，并对两种方法进行了比较。结果表明MLE方法预测明显优于文献中记载的另一种方法。MLE方法的特异性达到75.45%，敏感性达到40.26%。这个结果也说明结构域是蛋白质的一个重要特性，它与蛋白质的功能紧密相关。