种系发生的系统网——更合适的种系发生图式(续)

类病毒→病毒→古细菌→真细菌→真核生物的进化顺序与实际似有不符根据对真核生物、原核生物、古细菌、病毒和类病毒起源及进化地位的讨论结果判断,它们不象是如图1所示的进化序列直线进化的.最早的始原细胞在早期进化中,可能已经分成两枝.一枝是真细菌,在以后的进化中又先后继续分出若干分枝.另一枝是真核细胞与古细菌的共同祖先,后来分出两个分枝:一个分枝是古细菌,古细菌虽然是个小分枝,但在长期进化中也先后继续分出一些更     

第五条固碳路径

以二氧化碳为唯一碳源的生物称为自养生物,其中包括植物、藻类、蓝藻、紫色和绿色细菌。某些不从光照中获取能量的细菌和古细菌也属自养生物。自养生物为地球上所有其他生物提供赖以生存的能量,同时还在地球的氮和硫的循环中扮演重要角色。目前已知的碳途径有四条。2007年12月14日的Science上,Berg等人介绍了世上最古老的生命形式——古细菌所利用的第五条固碳途径。     

以大肠杆菌为参照基因组的比较基因组学系统的建立

随着人类基因组计划及其他测序工作的顺利进行, 人们已经得到了大量的基因序列. 阐明这些序列的功能和意义成为功能基因组学的主要任务. 我们以大肠杆菌E. coli为参照基因组, 利用已公开基因组数据的24种古细菌和真细菌蛋白质序列(可从ftp://ncbi. nlm.nih.gov/genbank/genomes/bacteria 下载), 建立了一个基于互联网的可查询的比较基因组学研究平台(http://202.116.74.121:8080/database.htm). 该平台可用于研究同源基因在古细菌、真细菌中的分布、进化, 以及进行功能预测, 也可以查询对各种属特异的基因, 是对NCBI的COGs系统的一个…     

种系发生的系统网——更合适的种系发生图式

本文指出,虽然化学进化和生物进化都沿着从简单到复杂、从低级到高级的方向发展,但不宜仅以此为根据,设想和提倡类病毒→病毒→古细菌→真细菌→真核生物的直线进化顺序。实际上,近几年生物科学的研究结果表明,类病毒可能起源于比它复杂的细胞或病毒,病毒也可能起源于比它复杂的细胞,真核生物可能不起源于真细菌,真细菌也可能不起源于古细菌。至今仍沿用发散状的系统树描绘种系发生,树枝无交叉或会合现象。但遗传学的进展表明,有些树枝有交叉或会合现象。因此,用网络状的系统网描绘种系发生似更恰当,近几年内,尚难画出详细的系统网;但遗传学的新进展,会提供更充分的知识,藉此将能画出网络清楚的系统网来。     

耐辐射奇球菌RadA蛋白参与DNA损伤修复过程

RadA是一个高度保守的蛋白. 在古细菌中, RadA蛋白具有RecA类似的功能并在同源重组过程中起关键作用. 在大肠杆菌中, RadA蛋白也参与了同源重组和DNA损伤修复过程, 但远没有在古细菌中的功能那么重要. PSI-BLAST结果表明, 与古细菌以及真核细胞中RadA蛋白相比, 耐辐射奇球菌RadA蛋白和细菌中的RadA的相似性更高. 研究发现, 耐辐射奇球菌radA基因的突变增加了耐辐射奇球菌对γ射线和紫外线照射的敏感性, 但对过氧化氢氧化胁迫的抗性没有影响. 耐辐射奇球菌和大肠杆菌radA基因均能完全补偿突变体对γ射线和紫外线辐照的抗性. 进一步的结构域功能分析表明, 与radA突变体的抗性相比, 锌指结构域的缺失导致耐辐射奇球菌对γ射线和紫外线辐照更加敏感; 仅仅缺失Lon蛋白酶结构域的耐辐射奇球菌表现为比radA突变体略微更抗γ射线和紫外线辐照处理. 这些实验结果表明, 耐辐射奇球菌RadA蛋白的确参与了DNA损伤修复过程, 而且不同的结构域具有不同的功能.     

CRISPR/Cas基因组编辑技术及其在农作物品种改良中的应用

CRISPR/Cas是存在于细菌及古细菌中成簇的、规律间隔的短回文重复序列及其核酸酶系统,是细菌和古细菌中破坏噬菌体与外源DNA的免疫防护机制.科学家将该免疫防护机制改造成了简便高效的基因组编辑工具,并在微生物、动物及植物的基因功能解析及改良方面取得了巨大的进展.本文先对基于CRISPR/Cas开发的植物基因组编辑工具,如CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas介导的同源重组、胞嘧啶碱基编辑器、腺嘌呤碱基编辑器、双碱基编辑器和引导编辑器等进行介绍,接着详细阐述了在作物分子育种中越来越重要的DNA-free CRISPR/Cas植物基因组编辑技术,然后探讨了CRISPR/Cas基因组编辑技术在提高作物产量和品质、提高作物对生物及非生物逆境抗性、从头驯化及定向改良等方面的应用,分析了CRISPR/Cas植物基因组编辑技术的发展趋势、促进该技术应用的国家政策导向及社会环境,以便更好地促进CRISPR/Cas基因组编辑技术在农作物品种改良中的应用,助推我国种业振兴和藏粮于技战略的实现.     

基因编辑技术:一场正在进行的革命——伊曼纽尔·查朋特访谈录

<正>2012年,伊曼纽尔·查朋特(Emmanuelle Charpentier)在研究中与他人共同发现了CRISPRCas9系统:一个正在改变着基因组学、遗传学和基因工程领域的工具。CRISPR-Cas系统是由RNA和蛋白质构成,可以识别入侵病毒DNA并可将其分解(CRISPR表示成簇规则性排列的短回文间隔重复序列,用于描述基因的排列方式)。对于许多细菌和古细菌而言,该系统就相当于一个有效的免疫系统,可以广     

南海北部神狐海域冷泉碳酸盐烟囱的甘油醚类生物标志化合物及其碳同位素组成

在现代冷泉体系中, 甲烷缺氧氧化(AOM)是海洋沉积物中甲烷消耗的主要途径.AOM 以微生物, 即甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌为媒介氧化甲烷, 并还原硫酸根,同时促进冷泉碳酸盐岩的形成. 东沙海区冷泉碳酸盐岩中的生物标志化合物为烃类和醚类异戊二烯. 与东沙海区不同的是, 神狐海区同时存在甲烷缺氧氧化古细菌相关和硫酸盐还原细菌相关的两大类生物标志化合物. 在样品中发现了3 种AOM标志化合物: 含双植烷链的甘油醚(archaeol)、非类异戊二烯结构的二烷基甘油醚(DAGE 1f)和单环二植基甘油二醚(单环MDGD). 这些化合物具有强烈亏损的δ¹³C值(δ¹³C值在-15‰ ~ -104‰之间),明显低于一般海相沉积物中脂类的δ¹³C值, 充分表明其生物成因的甲烷来源. 神狐海区烟囱状的冷泉碳酸盐岩同时反映了该海区曾经发生过持续的富甲烷流体的喷流活动, 推测天然气水合物的分解可能是该海区烃类活动的一个重要原因.     

种系发生中的第三类生物—古细菌

《种系发生中的第三类生物——古细菌》一文介绍了近年来发现的一类新的生物。作者从生物进化证据的角度出发,对这类生物的特点进行了讨论。从古细菌的讨论中,我们可以对整个生物界的系统发育问题有个大概的了解。     

病毒学再认识

<正>●随着人们发现了越来越多大小不等的病毒,不少科学家呼吁对地球上的生命体重新进行分类。进化论的第一次提出,是基于对动物和植物的视觉观察结果建立的。19世纪下半叶,在现代光学显微镜的帮助下,科学家开始系统地探索之前不能观察到的微生物世界,使得人们重新思考对生命世界的分类。在二十世纪七十年代,根据对生物体内核糖体基因的分析,人们将生命世界分类为真核生物、细菌和古细菌三个生物范畴。尽管当时可以通过电子     

基因组研究与生命科学工业的崛起

1990年以来，人类基因组序列已完成测序的和正在测序的共计约330Mb，占人基因组的11％左右；已识别出与人类疾病相关的基因200个左右。此外，细菌、古细菌、支原体和酵母等共间种生物的全基因组的序列已经测定。1998年5月至9月间；在人类基因组研究领域中连续爆出了三个引人瞩目的新闻，都是向按部就班的研究进度提出了挑战。1998年5月9日，美国的基因组研究所（TIGRTheInstituteofGenomResearh）负责人克雷格·文特尔（CraiVenter）宣布将同PE（Perkin－Elinar）公司合作建立一家新公司，3年内投资2亿美元，于2002年完成人基因组全序…     

我们体内住着很多”生物钟”

<正>人类对生物钟的探索,从好奇出发······宇宙中,地球围绕太阳旋转,依靠太阳给予的能量,繁衍出无数生命。与此同时,地球的自转,也造就了昼夜更替、日出日落的精彩景象。地球上,人类日出而作,日落而息,其他动植物,甚至包括最古老的古细菌,也都需要适应和遵循这种自然规律。在年年岁岁的循环往复中,聪明的人类窥探到了这种宇     

沉积物中非培养趋磁细菌与氧气关系初探

趋磁细菌沿磁场方向排列和游动的现象称之为趋磁性,它们靠感知周围化学环境变化调整其游动方向,即趋化性作用,趋磁细菌游动方式和分布是趋磁性和趋化性共同作用的结果.趋磁细菌主要富集在有氧-无氧交界带附近,趋磁-趋氧(magneto-aerotaxis)模型指出,氧气浓度决定趋磁细菌的游动方向,即对于北半球趋磁细菌,高氧环境下游动方向与磁北方向相同(北向趋磁细菌),在低氧或无氧环境下游动方向与磁北方向相反(南向趋磁细菌).趋磁-趋氧模型目前仍缺少在沉积物环境中的实验检验,沉积物环境中两种非培养趋磁细菌被用来检验其与氧气关系.趋磁细菌垂直分布形成过程中,沉积物上部形成的趋磁细菌初始峰值与氧气梯度有关,但沉积物环境趋于稳定后趋磁细菌分布向深处扩展,说明其他因素的影响.从正常氧气条件到无氧条件的过渡中,趋磁细菌分布整体移至沉积物表层,在稳定无氧条件中趋磁细菌分布向深处扩展,最终与正常氧气条件中相似,说明趋磁细菌对氧气或与氧气有关的环境变化表现出一定的适应性.趋磁细菌在低氧或无氧条件下游动方式与正常氧气条件下相似,趋磁-趋氧模型在两种趋磁细菌上并没有得到充分证实.实验结果说明,趋磁细菌在沉积物中的分布虽与氧气条件有一定联系,但可能并不是影响趋磁细菌游动方式和分布的主要因素.     

真细菌型的细胞分裂位点决定因子CrMinD基因在衣藻中从叶绿体到核的成功转移

MinD蛋白是一种普遍存在的ATP酶, 在真细菌、古细菌以及植物叶绿体的分裂过程中发挥着关键的作用. 在已研究过的4种绿藻(Mesostigma viride, Nephroselmis olivacea, Chlorella vulgaris, Prototheca wicker-hamii)中, MinD基因均由叶绿体基因组编码. 但在拟南芥中, MinD基因由核基因组编码, 其蛋白定位于叶绿体并参与叶绿体分裂的调控, 说明在高等陆生植物中, MinD基因已经转移到核基因组. 然而, 对于在质体进化过程中MinD基因从叶绿体转移至核的机制还不清楚. 我们从单细胞绿藻(Chlamydomonas reinhardtii, 衣藻)中鉴定了一个核编码的MinD同源物CrMinD, 其在野生型大肠杆菌(E. coli)中的过表达会抑制细胞的分裂并导致丝状细胞的形成, 表明植物MinD蛋白在进化上的保守性. CrMinD-egfp在烟草和拟南芥中的瞬时表达确认了CrMinD蛋白在调节叶绿体分裂中的作用. 在已公布的所有陆生植物质体基因组序列中, 没有发现MinD的同源物, 说明MinD基因从质体转移至核这一事件在进化出陆生植物以前就已经发生了.     

动物蛋白质的产生菌——遗传工程现在已能使每个细菌生产多达10万个巨大的动物蛋白分子

最近这几年,高等机体的一些基因被引入到大肠杆菌(E.Coli)细菌内,并在细菌里进行“无性繁殖”,就是说与细菌的遗传物质整合在一起。这样被插入的基因在细菌环境内自身一般不制造它们在天然环境中产生的蛋白质。因此,如果人们想把这些携带着外来基因的细菌转变成为合成蛋白质的小型工厂,关键在于强使它们表达传递给它们的信息。要     

DNA杂交用于溶藻滑行细菌分类的探讨

滑行细菌主要包括两个目:粘细菌目(Myxobacterales)和噬纤维菌目(CytoPhagales)。粘细菌的主要特征是具有较复杂的发育周期,在一定条件下可形成子实体或粘孢子,并以其高DNA碱基比与噬纤维菌相区别。因此,一些研究者常将具高DNA碱基比的滑行细菌划归粘细菌中。     

细菌微室

长期以来,人们认为细菌的细胞没有细胞器,但是最近20年细菌微室的研究颠覆了这一传统观点.微室是细菌的细胞器,由壳蛋白和酶蛋白通过自组织形成.细菌微室与病毒在外观上很像,为100～200 nm的多面体.细菌微室的系统性研究源于沙门氏菌1,2-丙二醇分解代谢途径的研究.该途径相关基因形成pdu操纵子, pdu操纵子中除了酶蛋白外还有一些结构基因编码微室壳蛋白.细菌微室的生理功能是由蛋白质壳形成一个防止分子扩散的屏障,将内部环境与细胞质进行物理隔离,使得含有易挥发或有毒化合物的代谢反应容易进行.细菌微室在细菌中广泛分布,种类繁多,目前已经在分布于45个门的细菌中发现68种微室基因簇.细菌微室的生理功能具有高度多样性,在二氧化碳固定和多种化合物分解代谢中具有重要生理功能.本文主要就细菌微室的结构、生理功能、主要类别以及细菌微室在生物工程领域的应用前景等进行介绍.     

胃病与细菌的关系

两位澳大利亚学者在人类胃中发现了一种似乎是新的螺旋形细菌。这种细菌的发现初看起来,只不过是在数千种己知细菌中,增添了一个新品种,其实不然,因为初步认为,这种细菌与多种令人痛苦的疾病如胃炎、消化性溃疡以及其它疾病有关。而美国有几百万人患有这些病因不明的疾病。     

人工诱发黄瓜根瘤中的内生菌及其与宿主植物细胞的超微结构关系

本文报道用透射电镜观察王曼新人工诱发黄瓜根瘤超薄切片所得到的一些结果。样品采于温室。电镜观察发现:在黄瓜根瘤细胞的细胞质中有内生的细菌;多数细菌显示根瘤菌类菌体的形态;有些细菌在分裂;菌体外边无包囊膜包绕,也未见其本身外部有细菌细胞壁和质膜的包被;这些细菌在结构上和物质上与宿主植物细胞的细胞器关系密切。作者根据超微结构特征认为菌与宿主细胞之间的关系是共生关系。电镜观察所见与测定出黄瓜根瘤具有固氮酶活性的实验结果一致。     

墨西哥湾沉积物中PMI系列生物标记物及其碳同位素组成

在墨西哥湾海底沉积物中检测到一组含有1～5个不饱和双键、不规则2,6,10,15,19-五甲基二十烯烃(PMI)系列化合物, 其在色谱图上分布在nC22 ～ nC24之间. 这些化合物具有极负的碳同位素组成,13C比值在86.7‰～ 115.5‰之间, 而与其伴生的正构烷烃化合物碳同位素比值在28.4‰～ 34.6‰之间. 这些化合物是海底甲烷古细菌厌氧氧化活动所产生的特征生物标志物, 指示着海底存在天然气渗漏或有天然气水合物的产出.