鸟类线粒体基因组及系统发育的研究进展

相对于核基因组而言,线粒体基因组具有结构简单、分子量小、基因排列紧密、严格母系遗传、进化速率较快和无组织特异性等特点。近年来,线粒体DNA已被作为重要的分子标记,应用于推断很多分类等级的系统发育关系。本文综述了脊椎动物线粒体基因组、鸟类线粒体基因组以及Mt DNA在鸟类系统发育研究中的应用等方面的研究现状,并对今后研究前景进行了展望。     

基于基因组和转录组数据的甲壳类系统发育研究

甲壳类是节肢动物的一个亚门,在水生环境中占主导地位,在生态学和渔业中具有重要的地位。在过去的十多年间,利用基因序列探讨甲壳纲深层次的系统发育关系已取得初步进展,但是大多数系统发育研究是基于线粒体基因和少量的核基因进行的。随着高通量测序的普及,利用转录组和基因组数据研究物种间系统发育关系已成为可能。筛选足够的单拷贝基因是构建可信系统发育树的关键。本文根据BUSCO建立的节肢动物1 066个单拷贝的直系同源数据库,利用hmmsearch将甲壳纲的10个物种的氨基酸序列与之比对,最终筛选出346个直系同源单拷贝基因,并以此构建了系统发育树,讨论了等足目、端足目、哲水蚤目、枝角目和十足目的系统发育关系,包括十足目对虾科的亚属划分问题。本文建立的基于基因组和转录组构建系统发育树的方法为其他物种系统发育关系的讨论提供了重要的方法参考。     

球状轮藻叶绿体全基因组的组装与特征分析

为揭示球状轮藻叶绿体全基因组的特征以及探究其在轮藻科内的系统发育关系,本研究基于高通量测序技术对其叶绿体全基因组进行组装和序列分析.结果表明:球状轮藻叶绿体基因组全长180 652 bp, GC含量26.6%,具有典型的四分体环状结构,与普生轮藻十分类似;球状轮藻叶绿体基因组共注释出137个基因,其中包括94个蛋白质编码基因、37个tRNA基因和6个rRNA基因,比无色丽藻多2个蛋白质编码基因和3个tRNA基因,与高等植物相比具有rpl12、trnL(gag)、rpl19、ycf20四个特殊基因;球状轮藻叶绿体全基因组共检测出87个SSR位点且绝大部分由A和T构成;此外,球状轮藻共包含24 989个密码子且密码子使用更偏好A和T,亮氨酸(Leu)是编码氨基酸最多的密码子;通过邻近法(NJ)对包括球状轮藻在内的5个种的叶绿体全基因组构建系统发育树显示,球状轮藻的亲缘关系与普生轮藻更为接近.本研究对球状轮藻叶绿体全基因组进行了解析,利用现有数据确立其系统发育学地位.     

锡金海棠叶绿体基因组结构及密码子偏好性分析

为研究锡金海棠叶绿体基因组结构、明确其叶绿体基因组密码子使用模式,通过NOVOPlasty、geneious和codonW等软件,组装出锡金海棠叶绿体基因组,在注释后分析叶绿体基因组结构,并筛选出53条蛋白编码序列(CDS)用于密码子偏好性分析。结果表明,锡金海棠叶绿体基因组全长160 088 bp, GC含量为36.6%;不同碱基位置GC含量分别为GC1(46.98%)>GC2(39.46%)>GC3(28.30%),表明其密码子末位碱基偏向以A/U结尾;中性图分析表明GC12与GC3未有明显相关性,即密码子第1、2位碱基与第3位碱基存在一定差异;根据ENC-plot和PR2-plot分析,影响密码子偏好性的主要因素是自然选择;最后确定UUG、CUU和AUU等14个密码子为锡金海棠叶绿体基因组的最优密码子。研究结果对今后研究锡金海棠亲缘关系、系统发育、物种鉴定提供了数据支持,对优化目标基因、种源的鉴定及异源表达基因的改造和系统发育分析提供了理论依据。     

鹅耳枥属树种叶绿体基因组结构及变异分析

[目的]了解鹅耳枥属(Carpinus)树种叶绿体基因组基因组成及结构特征,为鹅耳枥属的系统发育及基因组进化研究提供参考.[方法]获取鹅耳枥属16个树种的叶绿体基因组,对其进行基因注释,利用生物信息学方法比较叶绿体基因组间的结构特征与变异程度,并以麻栎(Quercus acutissima)为外类群分析了鹅耳枥属的系统...     

基于叶绿体基因组比较栝楼属植物的演化

叶绿体基因组在基因水平上高度保守，并且遵循单亲遗传及单倍体遗传，已被广泛应用于物种鉴定和系统发育分析。栝楼属为葫芦科的一个重要属，具有极其重要的药用价值及经济价值，但种内关系不清。本文利用生物信息学及比较基因组学的方法，分析了11种栝楼的叶绿体基因组大小、结构、组成、重复序列、密码子偏性、边界扩张、正向选择、基因组共线性、核苷酸变异位点及系统发育等。结果显示，11种栝楼的叶绿体基因组都具有典型的四联体结构，长度为156 413 bp～157 556 bp,GCs含量为37%，较为保守。重复序列在LSC区域分布较多，密码子偏好性不强，没有明显的边界扩张或收缩，但是某些栝楼属植物叶绿体基因组存在序列重排，其中三种栝楼还受到环境的正向选择。同时，序列重排将11种栝楼分为两个主要分支，其中第一分支的演化与环境的正向选择密切相关。栝楼属物种核酸多态性位点多分布在SSC区域，系统发育分析表明栝楼属与油渣果属、丝瓜属及藏瓜属亲缘关系较近。本研究为栝楼属物种的分类及演化提供了分类依据，同时为编制栝楼属物种DNA条码提供了候选标记。     

波纹鳜线粒体基因克隆及系统发育信息分析

为了探讨鳜类线粒体基因组结构特征及系统发育信息,以期为鳜类遗传学研究和分子标记提供参考依据,本文将波纹鳜Siniperca undulata线粒体随机切割成长度为1～3 kb的15个片段,采用PCR产物直接测序法获得波纹鳜线粒体全基因组,并提交至NCBI数据库,获得登录号KJ644783。结果分析发现:波纹鳜线粒体包含13个编码蛋白基因、22个tRNA、2个rRNA以及一个超变区(D-loop),基因排列顺序与其他硬骨鱼类似,不存在基因重排现象。整个基因组存在明显的AC偏好性,其中G碱基含量非常低,仅仅为16.23%。系统发育信息分析结果显示,CO1、ND5、CYTB、ND4基因具有较好的进化适应性,能够较好地反映鳜类的系统发育关系。进一步的进化分析显示,鳜类分成了鳜属和少鳞鳜属。     

毛茛铁线莲叶绿体全基因组解析及系统发育分析

为了解析药用植物毛茛铁线莲的叶绿体全基因组特征及系统发育位置,利用高通量测序技术对毛茛铁线莲叶片样品进行测序,并对毛茛铁线莲叶绿体基因组进行组装、注释和特征分析,采用最大简约法(MP)、最大似然法(ML)及贝叶斯法(BI)构建分子系统发育树.结果表明,毛茛铁线莲的叶绿体基因组为典型的四分体结构,全长159 741 bp,共编码112个基因,包括79个蛋白编码基因、29个tRNA基因和4个rRNA基因;毛茛铁线莲叶绿体基因组共含有84个简单重复序列,以单核苷酸重复基序居多,共57个;毛茛铁线莲叶绿体基因组使用频次最高的氨基酸是亮氨酸;基于叶绿体全基因组构建的MP,ML和BI树,拓扑结构基本一致;铁线莲属是明显的单系类群,与银莲花属关系最近,毛茛铁线莲与绣球藤亲缘关系最近.     

钝齿蟳线粒体基因组全序列测定及系统发育分析

线粒体基因组全序列为更好地理解分子进化和系统发育关系提供了重要信息。本研究首次测定了钝齿蟳的线粒体基因组全序列,其全长为15 910 bp,包括13个蛋白编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因和1个控制区。整个线粒体基因组的核苷酸组成为33.8%A、36.4%T、11.1%G及18.7%C,具有明显的AT偏向性(70.2%)。所有蛋白编码基因以ATN作为起始密码子,绝大多数蛋白编码基因以TAG或TAA作为终止密码子,少数以不完全密码子(T-)作为终止。除tRNA-Ser_1和tRNA-Thr分别缺失二氢尿嘧啶臂(DHU臂)和TΨC环外,其余所有的tRNA基因均能形成典型的三叶草结构。系统发育分析结果显示,蟳属所有物种都聚为一个类群,并与短桨蟹属有着最近的亲缘关系。这些结果将有助于更好地了解钝齿蟳线粒体基因组序列特征,并为研究梭子蟹科的系统发育关系奠定基础。     

植物叶绿体基因组研究及应用进展

叶绿体是植物进行光合作用的主要场所,是植物细胞特有的细胞器.叶绿体具有相对独立的遗传物质,是半自主性细胞器.本文从叶绿体起源,叶绿体DNA的遗传方式,叶绿体基因组的基本结构以及叶绿体基因组的进化四个方面综述了叶绿体基因组的研究进展.另外,综述了叶绿体基因组在系统发育基因组学、居群遗传学、谱系地理学和叶绿体基因工程中的应...     

基于线粒体基因组全序列的鳅科(Cobitidae)鱼类进化关系分析

为了解鳅科(Cobitidae)鱼类线粒体全基因组序列的结构特征和系统发育信息,利用生物信息学方法对已知的40种鳅科鱼类线粒体全基因组进行比对分析,用邻接法(NJ)构建系统发育树。结果显示：(1)鳅科鱼类线粒体基因组全序列长度在16 553～16 937 bp之间,基因组的结构特征及基因排列顺序与其他硬骨鱼类一致。(2)鳅科鱼类线粒体全基因组一致序列长度为17 483 bp,变异位点数为8039(45.9%),Kimura双参数平均遗传距离为0.19。在13个蛋白质编码基因中,ND2的变异程度(58.9%)和平均遗传距离(0.28)最大,变异程度最小的是12S rRNA(30.5%),tRNA拼接序列的平均遗传距离最小(0.07)。(3)Cox1、ND5、Cytb基因是进行鳅科鱼类系统发育分析较为理想的分子标记,NJ系统发育树显示,条鳅亚科(Noemacheilinae)是最早分化出来的一枝群系,位于祖先位置,沙鳅亚科(Botiinae)和花鳅亚科(Cobitinae)亲缘关系更近,互为姐妹群系。本研究为鳅科鱼类进化学研究和分子标记的选取提供参考依据。     

SARS冠状病毒的系统发育基因组研究

对SARS冠状病毒(SARS Coronavirus,SARS-CoV)进行了系统发育基因组研究.应用CLUSAL-X1.83程序,将来自GenBank数据库的全部102条SARS-CoV全基因组序列记录做多序列联配,然后采用MEGA3软件包进行系统发育基因组分析,使用邻接法构建系统发育树.根据该系统树,SARS-CoV全基因组记录可以分为2类.第1类包括2个来源于动物的分离株;第2类则覆盖了所有的人源分离株,并且可进一步分为2组,其中第1组包括5个来自于广东省的分离株,而第2组则覆盖了其他的来自于香港、内地和海外的分离株.这一分支格局代表了SARS-CoV从兽到人、从广东到全球的传播过程,并且基因组的替代变异幅度在传播过程中由大到小,逐渐稳定下来.还详细地给出了区分上述2群和2组的分子标签,为新毒株的鉴定和分型提供了理论依据.     

兰州鲇线粒体基因组序列结构及系统发育分析

利用GenBank中欧洲鲇的线粒体基因组序列, 设计出6对引物, 通过PCR扩增产物直接测序和引物行走(primer walking)法测定了兰州鲇的线粒体基因组序列, 并对其进行结构分析。兰州鲇线粒体基因组序列全长16524 bp, 包括37个基因(2个rRNA基因、22个tRNA基因和13个蛋白质编码基因)和1个非编码区。用最大似然法对鲇形目11种鲇鱼线粒体基因组的13个蛋白质编码基因的核苷酸序列进行系统发育分析。结果显示, 兰州鲇首先跟其他鲇科鱼类聚为一支, 形成一个单系群, 位于系统发育关系树的中部。     

4种昆虫基因组中的线粒体假基因

为了进一步了解昆虫核基因组中线粒体假基因(Numts)序列分布情况,避免Numts序列对基于线粒体DNA(mtDNA)进行系统发育关系研究结果的误导,利用Blast N对GenBank中已完成核基因组和mtDNA测序的4种昆虫核基因组中的Numts序列进行检索,结果表明:冈比亚按蚊Anopheles gambiae中没有Numts序列;黑腹果蝇Drosophila melanogaster中仅有少量Numts序列;赤拟谷盗Tribolium castaneum和意大利蜜蜂Apis melliera基因组中Numts序列超过100条,尤其是意大利蜜蜂中的Numts序列涵盖全部mtDNA.ND2,ND4,ND5,COⅠ与lrRNA向核内转移频率高于其他mtDNA基因片段,因此,在使用其进行系统发育关系研究时需加倍谨慎.     

直翅目昆虫线粒体基因组的特征及应用

直翅目是不完全变态昆虫中数量最多的一个类群,全世界已知28000种以上.随着分子生物学技术的发展,线粒体基因组因进化速率快、普遍为母系遗传、极少发生重组等特点而被广泛应用于直翅目各个阶元的系统发育和进化研究中.目前,已有223条直翅目线粒体基因组序列被测定并上传至NCBI数据库,其中包括143条蝗亚目线粒体基因组序列和...     

基于改进萤火虫算法与动态窗口法融合的移动机器人动态路径规划

针对传统萤火虫算法无法有效躲避未知障碍物、收敛速度慢、易陷入局部最优等问题,对其进行了改进,并将其与动态窗口法相结合,从而提出了一种移动机器人动态路径规划新算法。通过三种策略对萤火虫算法进行了改进：首先,采用Skew Tent混沌映射产生混沌序列对萤火虫种群进行初始化,提高萤火虫算法的全局收敛速度;其次,引入自适应步长平衡萤火虫算法全局和局部最优;最后采用差分进化算法通过变异、交叉和选择操作加强萤火虫算法的搜索能力。然后将改进萤火虫算法与动态窗口法相结合,使移动机器人在全局最优路径的基础上进行实时动态路径规划,在能保证全局最优路径的基础上有效躲避未知障碍物。本文基于MATLAB进行了仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

高原鳅属鱼类线粒体全基因组序列结构特征及其系统发育信息

为了深入开展高原鳅属(Triplophysa)鱼类的分类鉴定、系统进化等研究,利用生物信息学的方法分析了37种高原鳅属鱼类的线粒体全基因组序列及系统发育信息.通过Clustal X对线粒体DNA(mtDNA)全基因组序列进行对比,然后用MEGA7分析mtDNA的序列差异,并用邻接法生成系统进化树.结果发现:(1)高原鳅...     

中国大鲵复合体谱系多样性及贵州分布中国大鲵的分类评估

为探索新生代地质构造演化在塑造贵州及周边地区地质景观过程中,对现存动物分布模式的影响,选择中国大鲵复合体Andrias davidianus comlex作为研究物种,以线粒体基因组作为分子标记,探讨中新世地质构造事件对于中国大鲵复合体的系统发育和谱系分化.系统发育分析表明:在中国大鲵复合体中,有与地理区域相关的7个主...     

基于全蛋白质组的微生物系统发育树构建

新近出现的信息离散性度量方法(简称FDOD方法)已在多个领域获得成功的应用,是一种非比对距离方法.随着越来越多的微生物全基因组测序任务的完成,人们开始在整个基因组水平上探讨物种的系统发育关系.因此,将FDOD方法应用于微生物系统发育分析是一项很有意义的工作.因为氨基酸序列比DNA序列更为保守,能为物种的进化分析提供更为有用的信息.对收集到的163个原核生物和5个真核生物,从完全蛋白质组出发去分析推断其系统的发育关系,所得的系统发育树包括145个细菌、18个古细菌和5个真核细菌,这与三界进化理论符合,大部分低层分支与权威的《伯杰氏系统细菌学手册》相同.并且对高层分支关系提出了一些新建议.     

半月国内科技要闻

斑马鱼造血系统发育调控新进展,绘制出黄瓜基因组精细图,发现一种新型干细胞技术,量子计算研究获重大突破.