分子水平的达尔文选择——相互作用蛋白质间协同进化的规律

根据Kimuro于1968年提出的分子进化中性理论(Neutral theory of molecular evolution),“分子水平上的大部分进化变异不是由于达尔文选择所致,而是选择上中性或接近中性的突变随机漂移(random drift)的结果”。越来越多的证据表明,蛋白质间的相互作用(interacting)在其功能、调控中发挥重要作用。其中,配基-受体、酶-抑制剂、亚基-亚基等方式的蛋白质相互作用的功能已得到较深入     

麂属rDNA限制性位点多态性及其系统进化

核糖体RNA基因家族(rRNA gene或rDNA)是一类中等重复的DNA序列,每个重复单元由非转录间隔区(nontranscribed spacer,NTS)、转录间隔区(internal transcri-bed spacer,ITS)和三种rRNA(18S RNA,5.8S RNA,28S RNA)基因编码区组成.由于rDNA遵循协同进化(concerted evolution)模式,种内个体间重复单元的序列差异不     

进化生物学的“旁门左道”

一个已成为人们所熟知的进化生物学常识的理论认为,自然选择包含一个双重的过程:突变通过遗传而得以传递,而后适应环境的变异得以固定.在进化生物学领域中,有一件事似乎是独定的:遗传突变是一个持续的和随机的过程,不受外部环境的影响.然而,如果哈佛公共卫生学校的J.凯恩斯(John Cairns)等,用细菌——大肠杆菌所做的一些试验及他们的分析是正确的话,那么它将可能动摇整个基础.     

进化论与进化生物学的发展

自达尔文1859年发表<物种起源>(The Origin ofSpecies)一书以来,"进化"(evolution)已逐渐成为生物学文献中出现频率最高的词汇之一,进化生物学(evo-lutionary biology)则成为当今生命科学中一个重要的前沿领域.     

分子减速进化的普遍性研究

分子水平“中性突变”的发现与“中性学说”的提出丰富了人们对生物进化尤其是分子进化的认识,同时对达尔文主义提出了严峻挑战.中性论者认为:分子水平的绝大部分突变对生物体既非“有利”,亦非“有害”,而是中性.它们主要是通过在群体中的遗传漂变被随机固定或消除,因而具有恒定的,与生物世代长短无关的突变速率.60年代中期Zuckerkandl等提出的“分子进化钟”假设(即分子进化速率在整个物种演化中恒定)是中性理论的主要支柱.但此假设自问世以来就一直存有争议,只是由于双方均采用相对分子进化速率(为两物种分子进化速率均值),双方的证据均不能让对方信服.为解决此论争,我们建立了绝对分子进化速率(指单一物种分子进化速率)计算方程,揭示多系-集落刺激因子(multi-CSF)与GM(粒单系)-CSF在哺乳动物进化中不遵守“分子进化钟”,其进化速率随物种进化程度提高而降低,即呈现“减速进化(slow-down evolution)”.为判断此现象的普遍性,本文系统分析了4种不同蛋白质从单细胞原核生物到单细胞真核生物、植物、节肢动物,直至灵长类中人的绝对分子进化速率的变化情况,证明“减速进化”在不同蛋白质/酶中,在不同物种进化中均普遍存在,因而推测为一种普遍的规律.此外,本文还尝试了用此规律来分析、估计相近物种(     

进化博弈理论

在许多动物种群中,为何雌性和雄性个体数量大体相等?当雄鹿之间进行咆哮竞赛时,为何双方都避免正面冲突导致重伤?工蜂为何自愿放弃繁殖能力,而抚养蜂后的后代?树木为何不会无限生长?……美国著名进化生物学家杜布然斯基(T.Dobzltlallsky)曾经说过:"如果不按照进化思想思考问题,生物学的一切将无法理解."     

性染色体的进化

结构上存在着区别的性染色体(X和Y)是遗传上性决定的最为熟悉的方式,它们在许多不同的分类群中均已进行了独立的进化。本文将对这些进化方式的特点进行评述,其中包括通过多半或全部长度的重组而进行的X和Y的丢失,多半个Y染色体的遗传惰性,X染色体座位活性的剂量补偿作用,以及Y染色体上重复DNA序列的聚集作用。     

哺乳动物中不同表达丰度外显子的进化特征

通过比较基因组学方法, 利用哺乳动物基因组数据对不同表达丰度外显子的进化特征进行了研究. 以非编码区和假基因为对照, 对外显子进行序列相似度、phastCons和Ka/Ks分析, 结果显示, 高表达外显子十分保守而低表达和低表达的外显子也在物种间表现出保守的进化特征. 低表达丰度的外显子构成了物种转录组中大多数的转录本种类, 结果显示它们的进化都受到功能限制, 暗示它们可能在生物进化过程中为增加生物复杂度做出贡献.     

进化计算的系列创新成果

据国家自然科学基金委员会2006年4月11日报道，由焦李成、康立山、何振亚和谢涛等教授承担的重点项目“进化计算理论、方法及其应用”。在免疫克隆选择计算、组织协同进化计算、多智能体进化计算、量子进化计算、进化优化与进化建模、进化神经网络等方面有较大创新，并成功应用于多个基准问题和具有重要应用背景的优化问题。     

进化中蛋白质编码序列结构的随机化

核酸测序技术的发展,为进化研究提供了丰富、精细的素材。同源分析的结果,使进化的概念更加直观。但是,现有的研究方法往往只利用核酸的一维信息,未能穷尽序列资料所包含的广博内涵。对核酸序列资料的充分利用呼唤引入更多更有效的方法。 按照构效学基本原理,编码蛋白质的基因必然具有其独特的结构特征,本文正是希望找到能够反映这种特征的指标,并以此观察基因结构在进化过程中的变化事件及其趋势。     

稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化

稻属AA型物种包含栽培稻和与其最近缘的野生稻物种,是稻属植物中一个重要的类群.为了探究稻属AA型物种叶绿体基因组的适应性进化,以AA型稻属物种中已经公布的6个叶绿体基因组为对象,利用PAML和Selecton对叶绿体基因进行适应性进化的分析.研究发现,4个基因(matK,ccsA,psbB和rpoC2)经历了正选择作用,并对基因的正选择位点进行了定位,初步分析了正选择位点的变异特点,探讨了正选择位点与蛋白质结构保守性的关系.本研究为深入了解稻属的叶绿体基因及其适应性进化提供了重要参考.     

分子水平的减速进化与绝对进化速率的计算方法

“分子进化钟假设”(Molecular evolutionary clock hypothesis)由Zuckerkandl与Pauling于1965年首次提出,并迅即成为Kimura建立的“分子进化中性理论(简称中性理论)的主要支柱,在进化学、考古学、分类学与分子生物学等领域已产生广泛影响.多年来,蛋白质进化速率的计算一直沿用Zuckerkandl与Pauling建立,并由Kimura改进的方法,其结果为蛋白质在两物种中进化速率的算术平均值(即相对进化速率).显然,当蛋白质在不同物种中进化速率存在较大差别时,相对进化速率不能反映其分子进化的真实情况,在此基础上所得的结论将难免有失偏颇.     

四条分子进化规律与相应分子进化学说

进化、发育、遗传为有机体三大基本的生命活动,而进化又是有机体发育与遗传的源泉。近两个世纪以来,进化论历经拉马克、达尔文、新综合论者和中性论者等数代人的努力,虽然取得了对进化及其机制的丰富认识,但同人们对发育与遗传的认识相比,存在明显的不足,其分子     

进化生态学的若干重要问题

在分析进化生态学的种种提法的基础上作者主张用Ｏｒｉａｎｓ＆Ｌａｃｋ的定义来规范进化生态学。生态适应是进化生态学的最基本概念，进化生态学就是关于生态适应进化规律的科学；作者还强调了进化生态学在生命科学和生态学中的地位以及它与生态遗传学的关系。此外，文中提到了进化生态学研究中存在的目的论倾向以及平衡理论中存在的问题。     

灵长类泌乳刺激素基因的插曲式进化

采用PCR方法从4个灵长目物种中获得了泌乳刺激素(Prolactin, PRL)基因的第2~5外显子的序列, 结合GenBank中已有的序列, 计算了PRL基因在灵长目中的氨基酸替换速率. 对异义替换速率和同义替换速率进行比较的结果显示, 在灵长目进化的过程中未发现任何一个枝系有正选择作用的迹象. 此外, 用最大似然(Maximum-Likelihood, ML)法没有检验到任何一个受到正选择作用的位点; 在快速进化时期内发生的所有32个氨基酸替换中, 只有2个位点包含在功能重要的40个氨基酸之内, 提示所发生的氨基酸替换主要集中在功能上并不是很重要的位点上. 此外, 在PRL基因的快速进化过程中, PRL的部分功能被胎盘泌乳刺激素(placental lactogen, PL)所替代. 基于以上原因, 推测发生在灵长目PRL基因的快速进化很可能是选择压力的放松, 而不是正选择作用的结果.     

灵长类和反刍动物生长激素受体的快速进化

在大部分哺乳动物的进化历程中, 垂体生长激素的进化非常缓慢, 各类群之间没有很大的差别, 但在灵长类和反刍动物的进化过程中却出现了明显的快速进化, 即所谓“插曲式”的进化模式. 我们获得了4种灵长类动物的生长激素受体的膜外区序列, 并结合已有的序列数据进行系统的进化分析, 结果表明, 哺乳动物生长激素受体也经历了一种类似垂体生长激素的所谓“插曲式”的进化模式. 考虑到垂体生长激素的生物学效应需要通过其受体的介导才能实现, 结合相关性分析的结果, 推测垂体生长激素受体的这种进化模式可能是与垂体生长激素发生了协同进化的结果.     

贾第虫4种新的box H/ACA snoRNA的鉴定及其进化意义

通过构建特异性的cDNA文库, 发现并鉴定了4种新的贾第虫box H/ACA snoRNA, 分别命名为GLsR22, GLsR23, GLsR24和GLsR25. 生物信息学分析表明, 这些snoRNA均可形成典型的box H/ACA snoRNA“双茎环”二级结构; GLsR24和GLsR25可能分别指导贾第虫23S rRNA上U1753和U2396的假尿嘧啶化修饰, 而GLsR22和GLsR23属于功能未知的“orphan” snoRNA. 新鉴定的box H/ACA snoRNA均位于蛋白质基因间隔区中, 并且都是由单拷贝基因编码的. 与古细菌及其他原生生物中已发现的同类分子相比, 贾第虫box H/ACA snoRNA具有很多独特特征, 提示snoRNA在从原核生物向真核生物进化的过程中可能有不同的进化路线.     

面向无人移动平台的自主进化学习研究进展与展望

无人移动平台是改变未来人类生产生活方式和战争形态的新质科技力量,其核心在于利用人工智能技术提升无人移动平台的自主化和智能化水平.然而,现阶段的人工智能模型参数、结构、推理链等核心要素固化,当无人移动平台面对复杂多变的对象、环境、任务以及资源受限的硬件平台,泛化和外推能力严重受限,无法满足实际应用需求.为了攻克这一技术难题,受生命智能体进化机制启发,本文提出了面向无人移动平台的自主进化学习方法,并根据进化模式的不同,将智能模型的自主进化过程划分为即时性进化、长时性进化和推理链进化3个层次;详细讨论了每个层次智能模型进化方法的技术路线和优缺点;最后,对智能模型自主进化技术在无人移动平台上的应用进行了展望与分析,并指出了现阶段自主进化学习方法存在的问题以及未来的研究方向.     

SARS-CoV蛋白质组的生物信息学及其进化关系

一种新的冠状病毒 SARS-CoV是引起严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)的病原体. 对由SARS病毒全基因组序列推导出的所有蛋白质逐一进行分子量、等电点、分子消光系数等物理化学性质计算, 以及跨膜区和亚细胞定位预测, 辅以保守序列家族数据库搜索, 预测SARS-CoV功能未知蛋白质的功能. 同时, 通过SARS-CoV与其他冠状病毒蛋白质同源序列比较和进化距离计算, 分析SARS病毒的分类地位以及与其他冠状病毒的进化关系. 结果表明, 尽管SARS病毒是不同于其他3组冠状病毒的一种全新冠状病毒, 但在进化关系上更靠近牛冠状病毒BoCoV和鼠肝炎病毒MHV. 为实验测定SARS病毒蛋白质组以及抗SARS疫苗研制提供了参考和帮助.     

rps12基因在裸子植物中的分子进化式样

叶绿体rps12基因是所有叶绿体基因中最特殊的,由在基因组上相距甚远的两部分组成,含有3个外显子,经反式剪接作用编码核糖体小亚基S12蛋白.探究该基因的分子进化式样有助于理解该基因的进化过程及基因组特征.应用二代测序技术对南洋杉和柏木的叶绿体基因组进行测序;共选取78种裸子植物和2种蕨类植物,在系统发育背景下结合最大似然法,对rps12基因的进化速率、选择压力和适应性进化进行分析.结果显示,外显子3发生独立的碱基插入事件,发生插入的序列受到了更强的负选择作用;外显子2～3位于反向重复区,它们的替换率显著低于外显子1, rps12编码序列受到更强的负选择作用;适应性进化分析没有检测到正选择位点.结果表明,在裸子植物的进化过程中rps12基因结构稳定,并保持着相对较低的进化速率且表现出高度的保守特性;这为反向重复区具有降低的替换率提供了更多的证据,同时也揭示了裸子植物中存在的进化速率异质性现象.