高粱·玉米核及细胞器基因核苷酸替代率与选择压力关系分析

[目的]探讨选择压力与核苷酸替代率的关系。[方法]采用统计学方法分析高粱、玉米中部分核基因、细胞器基因的同义替代率、非同义替代率以及二者之间的比值,并对一些相关功能基因进行对比分析。[结果]相关功能基因在核与叶绿体中所受的纯化选择压力相近,在线粒体中则较低。高粱、玉米核同源基因间及核中不同功能基因间核苷酸替代的差异主要由非同义替代的差异造成。[结论]选择压力影响不同功能基因、不同物种的分子进化速率,而核与细胞器基因间进化速率的差异与选择压力间并无直接联系。     

蝎蝽次目线粒体蛋白质编码基因的比较研究

[目的]本研究旨在对蝎蝽次目11科线粒体基因组中13个蛋白质编码基因(PCG)的密码子使用情况、A+T含量、氨基酸序列和核苷酸序列信息位点以及核苷酸进化速率进行比较研究,同时基于13个PCG序列构建蝎蝽次目系统发育树。[方法]通过GenBank获得蝎蝽次目所有14个代表种的PCG序列,统计蝎蝽次目起始密码子和终止密码子的使用频率。在BioEdit 7. 1中计算核苷酸串联序列第一位、第二位、第三位和一二三位密码子A+T含量。在MEGA 6. 0中计算核苷酸串联序列和氨基酸串联序列的保守位点、信息简约位点和自裔位点。用软件DnaSP 6. 0计算蛋白质编码基因每个位点的非同义替代率(Ka)和同义替代率(Ks),由此分析每个基因的核苷酸进化速率Ka/Ks。在RAxML 8. 2. 8和MrBayes 3. 2. 5中分别基于最大似然法和贝叶斯法构建系统发育树。[结果]蝎蝽次目昆虫起始密码子使用中,ATN的使用频率明显高于GTG和TTG。蝎蝽次目使用的4种终止密码子中,TAA和T的使用频率最高。蝎蝽次目每一位密码子的碱基组成含量表明第三位密码子的AT含量最高,远远高于第一位与第二位密码子。在氨基酸和核苷酸序列中,COI的保守位点数最多,ATP8和ND4L的保守位点数最少;ND5的简约信息位点数最多,其次为ND2和ND4。核苷酸进化速率的分析中,ATP8基因的进化速率最快,COI基因进化速率最慢。ML和BI的系统发育结果基本一致,分支关系如下:(划蝽总科+((蟾蝽总科+蝎蝽总科)+(潜蝽总科+(仰泳蝽总科+固蝽总科))))。[结论]本研究补充了蛋白质编码基因在蝎蝽次目比较线粒体基因组学研究中的不足,揭示了蛋白质编码基因在比较线粒体基因组学研究中的重要性。     

Cytb、12SrRNA基因进化速度对构建系统进化树的影响

[目的]论证线粒体Cytb和12SrRNA基因不同进化速率影响构建的系统树拓扑结构。[方法]从GenBank下载了蛇亚目12科15种蛇线粒体全序列,提取Cytb和12SrRNA基因序列,选用GTR＋I＋G核苷酸替代模型,基于最大似然法,用PAUP4.0软件分别构建2个基因的系统关系树。[结果]在选用相同的软件、建树方法和研究物种的情况下,构建的系统树拓扑结构差异主要是因为线粒体Cytb和12SrRNA基因进化速率不同产生的。[结论]在分子系统进化研究中,要针对不同的研究物种和研究目的,选择合适的基因构建系统进化树。     

Cyt b和12S rRNA基因进化速度对构建系统进化树的影响

[目的]论证线粒体Cyt b和12S rRNA基因不同进化速率影响构建的系统树拓扑结构。[方法]从GenBank下载了蛇亚目12科15种蛇线粒体全序列,提取Cyt b和12S rRNA基因序列,选用GTR＋I＋G核苷酸替代模型,基于最大似然法,用PAUP4.0软件分别构建2个基因的系统关系树。[结果]在选用相同的软件、建树方法和研究物种的情况下,构建的系统树拓扑结构差异主要是因为线粒体Cyt b和12S rRNA基因进化速率不同产生的。[结论]在分子系统进化研究中,要针对不同的研究物种和研究目的,选择合适的基因构建系统进化树。     

动物CACNA2D1基因进化遗传研究

[目的]评估该基因在进化遗传中所受到的选择作用,揭示该基因的结构特征和保守性,为进一步研究该基因的功能奠定基础。[方法]参照NCBI数据库上发表的6种动物CACNA2D1基因编码序列,利用常规生物学软件,对动物CACNA2D1基因进行进化遗传分析。[结果]这6个动物的CACNA2D1基因序列核苷酸组成基本相同,其平均GC含量为42%,偏倚不严重,这6条同源序列的ENC值在50.319~53.624,CACNA2D1基因在密码子的使用上存在轻度偏倚,该基因各同源基因间的同义和非同义替换率之比不同,且变化范围较大,该基因在进化过程中极为保守且经历了净化选择。[结论]CACNA2D1基因可能是影响动物生长发育的重要候选基因,具有较高的研究价值。     

CHD蛋白家族两类染色质域CD1和CD2的进化差异研究

[目的]研究CHD蛋白家族2类染色质域CD1和CD2的进化差异。[方法]对获得的19个CHD蛋白基因的2类染色质域CD1和CD2进行氨基酸序列多态性、GC含量、密码子偏性差异和相对进化速率分析,并构建NJ系统进化树,研究不同CHD基因之间和CD1、CD2之间的发生关系。[结果]发现2类染色质域之间存在进化的差异是由所受选择性压力的不同造成的,其中CD1由于功能上的选择压力小而比CD2进化的快。[结论]在不同的物种和基因中CD1和CD2的进化差异存在普遍性。     

鱼类干扰素调节因子IRF4亚家族进化及分化分析

为比较干扰素调节因子(IRF)4、IRF8、IRF9和IRF10在硬骨鱼类中的进化和分化情况,构建系统进化树,并采用非同义替代(Ka)与同义替代(Ks)的比值计算这几种基因在硬骨鱼类中进化率。结果表明:IRF4、IRF8、IRF9和IRF10在进化树上各成一支,硬骨鱼类IRF4进一步分化为IRF4a和IRF4b。4个基因的Ka/Ks值均小于1,说明这些基因在硬骨鱼类进化过程中是负选择,提示在不同物种中这些基因保持原有的功能并趋于稳定。尽管如此,不同基因进化速率存在明显差异。IRF9、IRF10、IRF4a、IRF4b和IRF8进化率分别为0.50、0.30、0.20、0.25和0.15。充分表明在硬骨鱼类进化过程中IRF8、IRF4a和IRF10分化程度低,而IRF4b和IRF9分化程度高。     

不同物种ATGL基因部分序列的生物信息学分析

[目的]深入了解ATGL基因的遗传多样性以及不同物种ATGL基因间的分子系统进化关系。[方法]应用比较基因组学和生物信息学方法分析了8个物种ATGL基因的遗传多样性和分子系统进化。[结果]32条基因序列共检测到77个多态位点,发现12种单倍型。各物种间核苷酸歧异度和净遗传距离分别在0.005 48~0.197 37和0.004 39~0.197 37。分子系统进化树结果显示,人、猕猴、黑猩猩之间以及挪威鼠和家鼠之间的亲缘关系较近,而狗、牛与家鼠间的亲缘关系较远。人、家鼠和猪的非同义替换位点数明显高于同义替换位点数。各同源ATGL基因的有效密码子数和密码子偏爱指数分别在27.618~38.016和0.643~0.807。[结论]该结果为进一步研究AT-GL基因的生物学功能和确定动物脂肪沉积及肉质性状的候选分子标记提供了基础资料。     

火炬松生长和松脂性状相关候选基因的单核苷酸多样性分析

[目的]对火炬松Pinus taeda生长和松脂产量相关功能基因单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism,SNP)位点进行筛选与分析,为分子标记辅助育种提供技术基础.[方法]利用生物信息学对火炬松cDNA文库进行整理、比对、剪接、注释,挑选出与生长素、赤霉素、细胞分裂素及蒎烯合成相关的非重复序列基因(Unigene)作为候选基因片段,利用MEGA5.0和DnaSP4.0软件对火炬松36个单株的8个候选基因片段进行序列比对和分析.[结果]所测序列总长为5 177 bp,检测到184个SNP位点,平均36.9 bp的基因序列中出现1个SNP位点,其中123个为非同义突变、61个为同义突变SNP位点.核苷酸多态性πa和θw分别为0.020和0.016.对8个候选基因片段内SNP位点进行的连锁不平衡分析显示,随着核苷酸序列长度的延伸,SNP位点的连锁不平衡在基因内部迅速衰退(R2≤0.2).[结论]在火炬松中,基于候选基因内SNP位点间的连锁不平衡作图是可行的.     

繁殖基因(ESR、LH、LHR、PRLR)编码区生物信息学分析

为了研究各物种ESR、LH、LHR、PRLR基因进化的特点,从GenBank下载了人、毛猩猩、黑猩猩、猕猴、欧洲兔、野猪、黄牛、大熊猫、小家鼠、仓鼠、褐家鼠11个物种的139条编码区序列(CDS),采用生物信息学方法对4种基因进行分析。结果表明,4种基因均存在较丰富的遗传多样性。其中ESR基因单位长度多态位点数为0.330 7,单位长度突变位点数为0.399 8,核苷酸多样性最低,同义替换率相对最高,平均遗传距离最小。LH基因单位长度多态位点数(0.484 8)与单位长度总突变位点(0.618 3)均最高,核苷酸多样性和非同义替换率相对最高。依据4种基因遗传距离构建的聚类图的拓扑结构存在差异,说明4种繁殖基因进化速率存在差异,ESR基因进化速率相对较慢,LH基因相对较快。     

苜蓿叶绿体DNA的提取及其Rbcl基因片段的克隆

[目的]获得高纯度的苜蓿叶绿体DNA（cpDNA）和Rbcl基因片段。[方法]采用改进的高盐低pH法分离和纯化苜蓿叶绿体DNA;利用叶绿体基因组进化中高度保守的特点,设计引物,从苜蓿叶绿体基因组中扩增Rbcl基因,利用生物学软件对测序结果进行分析。[结果]经检测分析,获得了产率较高和纯度较好的苜蓿叶绿体DNA,并用PCR方法扩增获得了1 130 bp的Rbcl基因片段。该基因片段有17个常用的限制性内切酶酶切位点,与烟草、水稻、菜豆、玉米、甘薯和甜菜中Rbcl基因核苷酸的同源性为85.6%～90.6%。[结论]为构建苜蓿叶绿体表达载体和通过叶绿体生物反应器生产药用蛋白等奠定了基础。     

旱柳扩展蛋白基因家族与基因组分化

  目的  扩展蛋白是植物中重要的基因家族之一,在生长发育和逆境抗性过程中发挥重要的作用。本研究拟探讨旱柳中的扩展蛋白基因组成变化,为理解旱柳AA、BB基因组的分化提供理论依据,也为柳树分子设计育种提供参考。  方法  本研究基于毛果杨扩展蛋白基因氨基酸序列,鉴定旱柳中的扩展蛋白基因;通过生物信息学软件,分析旱柳AA、BB基因组扩展蛋白基因家族的特征和变化。  结果  在异源四倍体旱柳基因组中鉴定了65个扩展蛋白基因,其中AA基因组32个、BB基因组33个,共有的扩展蛋白基因28个,有3个基因产生了重复;AA、BB基因组中各有3个扩展蛋白基因缺失,并分别有2个和1个基因结构域发生了缺失。基因结构分析表明,部分AA、BB基因组的对应基因在内含子数量和内含子剪切位点等方面存在明显变化。在密码子使用选择上,AA、BB基因组间各含有5个高频密码子,分别含有5个和10个最优密码子,部分密码子如AGG和UAG等的使用频率有很大的差别。比较蛋白理化性质,AA、BB基因组的扩展蛋白在亲疏水性、结构稳定性方面存在不同程度的变化。进化分析显示,两套基因组中EXPA23基因经历了正选择,其他同源基因经历了纯化选择,但Ka/Ks值变化较大。  结论  旱柳AA、BB基因组扩展蛋白家族具有各自的组成、结构及表达特征,是基因组分化的基础,体现了扩展蛋白在物种分化和分类中的重要地位。      

高粱丝黑穗病3号生理小种抗性遗传研究及抗病基因分子标记

 【目的】筛选抗丝黑穗病3号生理小种基因的分子标记,从而实现实验室内对抗丝黑穗病的选择,免去在育种中对抗丝黑穗病的田间鉴定。【方法】本研究采用SSR技术,应用分离群体分组分析法,分别利用恢复系分离群体（2381R/矮四）和保持系分离群体（Tx622B/7050B）,筛选抗丝黑穗病3号生理小种基因的分子标记。【结果】试验得出结果如下,高粱对丝黑穗病菌3号生理小种的抗性属于质量性状遗传,抗性表现为显性,只要亲本之一抗病,F1代即表现抗病;发现了2个在抗病品系中稳定出现、可作为高粱抗丝黑穗病3号生理小种基因标记应用的SSR标记：Xtxp13和Xtxp145。Xtxp13位于B染色体上,Xtxp145位于I染色体上,与抗病基因的重组率分别为9.6%和10.4%,距离抗病基因的遗传图距分别约为9.6 cM和10.4 cM。【结论】高粱对丝黑穗病菌3号生理小种的抗性可能受2对彼此独立的非等位基因控制,并且基因之间存在着互作;筛选SSR标记时发现,高粱抗丝黑穗病基因的分子标记较易在保持系群体中找到,在恢复系群体中DNA片段多态性较少,表明恢复系和保持系在抗性机制上可能存在差异。     

蒿属植物叶绿体基因组特征及进化

蒿属植物具有重要的药用和经济价值,开展蒿属物种叶绿体基因组研究,为我国蒿属植物的分类鉴定和资源利用提供借鉴。基于29个蒿属物种叶绿体基因组序列,采用REPuter、MISA、DNASP和IQ-TREE等生物信息学软件,比较叶绿体基因组特征、序列重复和结构变异,并对蒿属物种系统发育进行分析。结果表明,蒿属叶绿体基因组均由大单拷贝(LSC)区、小单拷贝(SSC)区和1对反向重复(IRs)区构成,基因组序列长度150 858～151 318 bp, GC含量相近。所有蒿属叶绿体基因组均注释到114个unique基因,包含80个蛋白编码基因、30个tRNA基因和4个rRNA基因。蒿属叶绿体基因组长重复序列主要由正向重复和回文重复构成,长度30～49 bp。简单重复序列(SSR)主要由A/T碱基构成,其中单碱基重复最多,其次为四碱基重复。RSCU(相对同义密码子使用度)值大于1的30个高频密码子中,13个以A结尾,16个以T结尾。蒿属植物叶绿体基因组结构高度相似,未检测到基因重排或倒置事件。检测到11个核苷酸变异值P_i>0.007的高变区,其中8个位于LSC区,3个位...     

基因枪介导的玉米NPR1基因的遗传转化(英文)

[目的]探索出玉米基因枪转化的条件。[方法]以玉米自交系7239的幼胚胚性愈伤组织为受体材料,研究了轰击距离、气体压力、真空度和轰击次数对转化率的影响。[结果]转化时以金粉用量100μg/枪、发射点与靶细胞距离9cm、气体压力1350psi、真空度25In·Hg、轰击次数2次的组合最佳。经潮霉素(Hygromycin)筛选,获得了再生植株,PCR分析及Southern杂交结果表明NPR1基因已整合到玉米基因组中,平均转化率为1.76%。[结论]该研究为玉米优良抗病品种的培育奠定了基础。