哺乳动物MT基因的进化选择与功能分歧

利用生物信息学的方法,使用PAML和DIVERGE等软件对金属硫蛋白进行研究,发现哺乳动物MT基因主要受到纯化选择及中性选择作用,而且其在进化历史中曾经受到过正选择作用。同时利用PAML软件检测到了4个受到正选择的氨基酸位点,利用DIVERGE软件检测到5个Ⅰ型功能分歧位点和2个Ⅱ型功能分歧位点。这些正选择位点和功能分歧位点为进一步研究金属硫蛋白的结构与功能提供了参考和依据。     

植物血红蛋白基因家族的分子进化研究

植物血红蛋白(Hemoglobin)是一类由珠蛋白(Globin)和血红素(Ferroheme)组成的结合蛋白,广泛存在于植物界中.根据序列特征、表达模式及配基结合性质可将血红蛋白分为共生血红蛋白(Symbiotic hemoglobin,sHb)、非共生血红蛋白(Nonsymbiotic hemoglobin,NsHb)和截短的血红蛋白(Truncated hemoglobin,tHb)3大类,并对植物血红蛋白基因家族进行了分子系统发育分析和进化研究.结果表明,通过基因重复在被子植物中产生了class 1和class 2两类血红蛋白基因.该基因重复发生在单、双子叶植物分化之前,但由于class 2类基因在单子叶植物中发生了一次基因丢失事件,致使class1类基因广泛分布于单、双子叶植物中,而class 2类基因则仅见于双子叶植物;class 2类基因的进化速率高于class 1类基因,并分别在class 2、sHbs的祖先支上检测到了正选择的发生,表明基因重复发生后,class 2、sHbs通过插曲式进化和适应性进化获得了不同的功能;在class 1和class 2的功能性分歧位点检测中获得14个Ⅰ类功能性分歧位点,但未能发现Ⅱ类功能性分歧位点,这些功能性分歧位点是由正选择作用或者放松的选择限制产生的.该研究结果可以指导后续的试验工作,来验证那些具有重要功能的氨基酸置换位点和正选择位点,从而揭示功能性分歧和适应性进化的分子基础.     

棉花与模式植物DGAT1基因的鉴定与比较分析

二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是催化三脂酰甘油生物合成的关键酶.对棉花与其他植物DGAT1基因进行鉴定与比较分析,序列分析结果表明,棉花与大多数模式植物DGAT1基因有16个外显子,内含子长度高度变异,但其相位极其保守;这些基因编码的蛋白具有7个保守基序,核心保守基序与功能结构域相互重叠.系统进化分析显示:基因树与物种树具有较高的一致性,DGAT1基因进化能真实反映物种系统发生关系;棉花DGAT1基因以单拷贝形式存在,但在玉米、水稻、杨树与小立碗藓中均存在至少两个DGAT1基因.选择压力检测结果显示:除了Pt DGAT1a/PtDGAT1b受制于正选择作用外,剩余4对同源基因均受控于纯净选择;在基因亚群水平共检测到17个正选择位点,这说明在显著水平下各个亚群中均未检测到正选择位点.这些结果可为进一步研究棉花及植物DGAT1基因的功能提供基础.     

棉花与模式植物DGAT1 基因 的鉴定与比较分析

二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是催化三脂酰甘油生物合成的关键酶.对棉花与其他植物DGAT1基因进行鉴定与比较分析,序列分析结果表明:棉花与大多数模式植物DGAT1基因有16个外显子,内含子长度高度变异,但其相位极其保守;这些基因编码的蛋白具有7个保守基序,核心保守基序与功能结构域相互重叠.系统进化分析显示:基因树与物种树具有较高的一致性,DGAT1基因进化能真实反映物种系统发生关系;棉花DGAT1基因以单拷贝形式存在,但在玉米、水稻、杨树与小立碗藓中均存在至少两个DGAT1基因.选择压力检测结果显示:除了PtDGAT1a/PtDGAT1b受制于正选择作用外,剩余4对同源基因均受控于纯净选择;在基因亚群水平共检测到17个正选择位点,这说明在显著水平下各个亚群中均未检测到正选择位点.这些结果可为进一步研究棉花及植物DGAT1基因的功能提供基础.     

棉花与模式植物DGAT1基因的鉴定与比较分析（英文）

二酰甘油酰基转移酶(DGAT)是催化三脂酰甘油生物合成的关键酶。对棉花与其他植物DGAT1基因进行鉴定与比较分析,序列分析结果表明,棉花与大多数模式植物DGAT1基因有16个外显子,内含子长度高度变异,但其相位极其保守;这些基因编码的蛋白具有7个保守基序,核心保守基序与功能结构域相互重叠。系统进化分析显示:基因树与物种树具有较高的一致性,DGAT1基因进化能真实反映物种系统发生关系;棉花DGAT1基因以单拷贝形式存在,但在玉米、水稻、杨树与小立碗藓中均存在至少两个DGAT1基因。选择压力检测结果显示:除了Pt DGAT1a/Pt DGAT1b受制于正选择作用外,剩余4对同源基因均受控于纯净选择;在基因亚群水平共检测到17个正选择位点,这说明在显著水平下各个亚群中均未检测到正选择位点。这些结果可为进一步研究棉花及植物DGAT1基因的功能提供基础。     

棉花与模式植物DGAT2基因的鉴定与分析

二脂酰甘油酰基转移酶Ⅱ(DGAT2)是催化三酰甘油生物合成的关键酶,利用生物信息学手段在二倍体棉花和6种模式植物中共鉴定出25个DGAT2基因,详细剖析这些基因的结构、序列和进化特征。基因结构分析表明,绝大多数植物包含8个或9个外显子,且内含子相位高度保守,说明该基因结构起源于陆生植物。蛋白序列分析显示,核心保守基序1、2、3与功能结构域相互重叠,说明功能结构域起源于藻类植物。进化分析显示:在棉花中,DGAT2基因发生特异性扩增,其分子机制为串联重复;结合滑动窗口方法和位点模型选择压力检测结果,DGAT2蛋白均受制于负选择作用。这些结果为棉花及模式植物DGAT2的功能研究提供帮助。     

植物F3'H基因的序列与进化分析

类黄酮-3'-羟化酶(F3'H)催化二氢堪非醇生成二氢栎皮黄酮,是花青素合成途径关键酶之一,主要参与决定植物花色、种皮和茎叶着色等性状。利用生物信息学手段对植物类黄酮-3'-羟化酶基因的序列和进化特征进行系统性分析。基因结构分析表明,植物F3'H基因外显子数变异范围为2~7,单子叶植物包括2个外显子,绝大多数双子叶与陆生低等植物具有3或4个外显子。蛋白序列分析显示,植物F3'H蛋白具有13个保守基序,其中10个保守基序与结构域p450相互重叠,其他3个保守基序具有种属特异性。进化分析表明,植物F3'H蛋白具有4个类群,在GroupⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ亚群中分别检测到4、6、1、7个正选择位点(P0.05),这些位点主要分布在F3'H蛋白不规则卷曲区,说明植物F3'H蛋白主要受控于纯净选择。利用滑动窗口方法发现,5对直系同源基因受到负选择作用,但4对旁系同源基因受到正选择作用,发生适应性进化。试验结果可为进一步研究植物F3'H基因功能及其关键氨基酸位点提供参考。     

苹果属S-RNase基因的进化研究

【目的】通过分析苹果属植物自交不亲合性位点S-RNase基因的序列,研究S-RNase基因在苹果属的进化历史,序列分歧特点和遗传多态性。【方法】利用栽培苹果的S-RNase基因序列在GenBank数据库中检索和鉴定所有已知的苹果属植物的S-RNase基因,同时利用S-RNase基因的保守引物获得陇东海棠和变叶海棠的S-RNase基因序列。通过系统发育分析研究S-RNase基因的进化历史,进而计算dN/dS比值揭示S-RNase基因序列分歧的特点,最后估计并比较苹果属不同类群S-RNase基因的遗传多态性及其遗传分化。【结果】苹果属植物的S-RNase基因可以分为16个亚类,同一亚类S-RNase基因的序列分歧较小,亚类之间的分歧很大。S-RNase基因的成对dN/dS比值中有50%的大于1,并且滑动窗分析显示S-RNase基因具有多个dN/dS比值显著大于1的区域。栽培苹果和野生苹果在S-RNase基因的遗传多态性上没有明显差异。在所涉及的苹果属野生类群中,栽培苹果与塞威士苹果在S-RNase基因上的遗传分化最小。【结论】适应性氨基酸替换在苹果属植物S-RNase基因的序列分歧上发挥了重要作用。现有的S-RNase基因数据显示栽培驯化没有导致栽培苹果S-RNase基因遗传多态性的降低,基于S-RNase基因的遗传分化支持栽培苹果是由塞威士苹果驯化而来的观点。     

脊椎动物TYR基因的序列特征与正选择位点鉴定

酪氨酸酶是一种含铜金属酶,它广泛存在于各种生物中,是黑色素生物合成的关键酶.利用生物信息学手段详细剖析了脊椎动物TYR基因的序列和进化特性,并模拟了其蛋白的三位结构.系统发生研究显示,脊椎动物TYR基因与物种进化关系之间具有较高的一致性.基因结构分析表明,绝大多数脊椎动物TYR基因有5个外显子,但DrTYR和OlTYR有6个外显子,而Ss TYR有9个外显子.蛋白序列特征分析显示,脊椎动物TYR蛋白均具有典型的TYROSINASE结构域,但不同物种具有特异的保守基序组织模式,其中保守基序13是哺乳类动物TYR蛋白所特有的.位点模型没有检测出正选择位点,但分支位点模型已经检测出马与猪的祖先支(26个正选择位点)、猪进化分支(27个正选择位点)以及斑胸草雀与鸡的祖先支(1个正选择位点)均经历了适应性进化.这些正选择位点虽然被定位于不同二级结构内,但在三维结构中它们分布在相对集中的区域内,很可能与特定功能密切相关.     

哺乳动物乙酰胆碱酯酶的结构预测与选择压力检测

乙酰胆碱酯酶(AChE)是一种丝氨酸水解酶,是哺乳动物神经传导中的关键性酶。为研究不同哺乳动物AChE基因在进化过程中是否发生了适应性进化,基于位点模型与分支位点模型对哺乳动物11条AChE蛋白序列所受到的选择压力进行了检测,并模建了绒猴的蛋白结构。结果表明:11个哺乳动物AChE蛋白中,几乎所有的分支和位点均处于强烈的负选择压力下;在所有分枝中,位点模型鉴定了1个共同的正选择位点Ala389;此外,分支位点模型鉴定了绒猴分支中的Tyr285和Glu392处于正选择压力,发生了适应性进化。最后,将3个正选择位点定位在绒猴AChE蛋白的立体结构中,为直观观察与分析蛋白适应性进化位点提供了便捷,为进一步功能分析AChE活性位点提供了线索。     

杨树14-3-3基因家族的分子进化及表达模式研究

14-3-3蛋白在植物细胞信号传导中发挥重要的作用,探索木本植物14-3-3蛋白家族的进化模式对深入理解该基因家族的功能有重要的指导意义。本文采用生物信息学的方法,在基因组水平上搜索和鉴定了12个杨树14-3-3蛋白基因,其中ε类有7个,非ε类有5个。通过对杨树14-3-3基因家族的系统进化、序列相似性、基因结构和染色体位置分析,发现杨树14-3-3基因的扩张主要是通过最近的一次全基因组加倍事件产生的。在全基因组加倍事件中共产生5对重复基因对,Ka/Ks分析显示这5对重复基因对处于较强的净化选择压力。RT-PCR分析显示在杨树12个14-3-3基因中有8个在不同组织中均表达,另外4个基因的表达部位发生了变异。因此,杨树14-3-3基因家族的分子进化及表达模式的研究结果预示着基因重复后其功能发生了分化。     

植物蔗糖转运基因家族功能分化的生物信息学分析

［目的］用生物信息学方法分析植物蔗糖转运基因家族的功能分化,并明确具有正选择作用的点突变在植物蔗糖转运基因进化过程中的作用。［方法］在基因组水平上对植物的蔗糖转运基因进行鉴别和分类,并利用DIVERGE和PAML软件分别进行功能分化和正选择替代分析。［结果］经基因组检测,发现蔗糖转运基因家族除在单细胞藻类植物中不存在外,在其他植物中均普遍存在;系统发育分析将植物中蔗糖转运基因分成了5个亚群,并发现亚群间存在Ⅰ型功能分化现象;此外,在3个亚群内检测出了显著的正选择效应。［结论］植物蔗糖转运基因家族在长期进化过程中形成了亚群间的功能分化,同时,具有正选择作用的点突变在该基因家族进化过程中起到重要作用。     

Phylogenetic Analysis on SLG and SRK Genes in Brassica and Raphanus

S-locus genes were cloned from three Brassica napus and three B. campestris lines by using PCR walking and homologue sequence methods. A phylogenetic gene tree was constructed based on the six cloned genes and fifty-one previously reported SLG/SRK genes of Brassica and Raphanus. The SLGs from R. sativus were dispersed in the phylogenetic tree intermingling with SLG/SRKs from B. oleracea, B. napus and B. campestris. The SLG/SRK genes of class Ⅱ clustered independently in one group. The SLG/SRK genes of class Ⅰ showed to be more divergent than class Ⅱ genes. These results suggested that the divergence of class Ⅰ and class Ⅱ should have occurred before the differentiation of the genera Brassica and Raphanus. In addition, SLG and SRK of the same S haplotypes belonged to the same class. It suggested that class-Ⅰ and class-Ⅱ group divergence occurred first, and then SLG and SRK diverged. The three SC SRK genes from B. napus and B. campestris were grouped into one cluster, displaying difference from the SC SLG of B.oleracea. These three SC SRK genes were close to SI SRK of SI1300, SI271 and guanyou in phylogenetic relationships.These results indicated that SC and SI genes diverged more recently. It is not clear yet whether the differentiation of SC and SI genes was earlier than the differentiation of Brassica and Raphanus. Studies based on more genes are necessary for a comprehensive elucidation of the phylogenetic relationships in Brassicaceae.     

基于COⅠ序列的不同地理种群岩虫遗传多样性研究

为揭示中国沿海岩虫Marphysa sanguinea自然群体的遗传多样性,采用线粒体COⅠ序列分子标记方法,对大连、兴城、乳山和北海4个海域共5个群体57个岩虫的遗传多样性及群体遗传结构进行了分析研究。结果表明:57个个体中共检测到78个多态性位点,其中简约信息位点59个,单核苷酸突变位点19个,共出现了9种单倍型;5个群体的单倍型多样性和核苷酸多样性分别为0.830和0.097 73,整体的遗传多样性水平较高;5个群体中遗传多样性最高为乳山群体,最低为大连群体,岩虫5个群体聚为两大类。本研究结果为进一步开展岩虫的人工扩繁及资源保护奠定了理论基础。     

桑树WRKY转录因子的全基因组鉴定及生物信息学分析

[目的]明确桑树基因组中WRKY转录因子家族结构及其功能特征,为进一步揭示WRKY转录因子家族生物学功能提供科学依据.[方法]利用生物信息学方法对桑树WRKY转录因子的数目、类型、结构、系统进化关系、保守结构域和密码子使用偏性等进行全面分析.[结果]基于桑树全基因组蛋白数据库,共鉴定出55个桑树WRKY转录因子家族基因,占桑树基因总数(29261)的1.88%.桑树WRKY转录因子存在6种内含子数量类型及15种内含子相位类型,其中27个基因含有2个内含子,25个基因的相位类型为2-2型.保守结构域系统进化分析结果显示,桑树WRKY转录因子家族蛋白主要分为三大类(Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ),Ⅰ类可分为ⅠN和ⅠC两个亚组,Ⅱ类根据聚类情况又可分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe等5个亚组.桑树WRKY转录因子蛋白保守结构域分析发现有五类Motif的保守性较强,桑树WRKY转录因子蛋白中均包含C端Motif l,Ⅰ类蛋白同时含有N端Motif 3.桑树WRKY转录因子家族基因启动子区富含PBF(C2H2锌指因子)和AHL(拟南芥hook因子)元件.密码子使用偏性分析结果显示,桑树WRKY转录因子家族基因的有效密码子数(ENC)介于48.00~60.00,密码子第3位GC含量(GC3s)介于0.330~0.722,平均亲水性值(Gravy)均为负值;同义密码子相对使用度(RSCU)>1.000的密码子有29个,且以A(6个)或T(11个)结尾较G(4个)或C(8个)结尾的略多.[结论]桑树WRKY转录因子家族包含55个成员,内含子相位类型一致的同组成员可能来源于同一祖先基因,且与基因复制和基因组重排有关;蛋白序列高度保守,在植物抵御环境胁迫过程中发挥作用;基因密码子使用偏性较弱,主要受碱基突变选择压力影响.     

锈色粒肩天牛幼虫的COⅠ、COⅡ、Cytb和28S基因片段序列分析

  目的  基于分子生物学手段,探讨可快速准确鉴别锈色粒肩天牛Apriona swainsoni幼虫与其他天牛幼虫的目标基因,为该保健昆虫的食药用安全提供保障。  方法  利用线粒体COⅠ、COⅡ、Cytb基因和28S细胞核基因的通用引物分别克隆获得4种基因片段,并进行同源序列检索、多重比对、序列信息分析及进化树构建。  结果  基因克隆最终获得锈色粒肩天牛4种基因序列的片段大小分别为817、545、434和1 088 bp。特殊位点分布结果显示:28S的保守位点占比最高,其后依次为Cytb、COⅠ和COⅡ,变异率则正好相反。COⅠ、COⅡ和Cytb基因片段的碱基组成和替换信息特点均表现为A+T含量>G+C含量,颠换高于转换,28S基因片段则表现为A+T含量  结论  COⅠ、COⅡ、Cytb和28S基因均可作为鉴定该虫的分子生物学参考依据。     

基于2b-RAD技术分析白化茶树品种（系）遗传多样性

为揭示白化茶树品种（系）的遗传多样性,利用简化基因组测序技术（2b-restriction site-associated DNA,2b-RAD）对23份茶树种质（20份白化,3份常绿对照）进行测序,分析其遗传多样性、亲缘关系和群体结构。结果表明,共获得576 193 750条高质量测序数据和56 498个高质量SNPs。系统发育树和主成分分析表明,23份种质可分为3个类群,类群Ⅰ为1份来自贵州的大叶种,类群Ⅱ包含来自贵州的地方种质6份,类群Ⅲ包含来自浙江的14份种质和来自安徽、福建的2份种质。基于系统发育树,3个类群的遗传多样性参数均表现为：类群Ⅰ>类群Ⅱ>类群Ⅲ,类群Ⅰ和类群Ⅱ、类群Ⅲ之间分别呈现中、高度的遗传分化水平。综上所述,白化茶树品种（系）存在中、高度的遗传分化,不同地理来源的种质间遗传分化更大,为白化茶树种质鉴定、资源利用和育种等提供了理论依据。     

薄壳山核桃全基因组LBD基因家族的生物信息学分析

  目的  研究薄壳山核桃Carya illinoensis LBD基因家族结构特征、进化模式和在胚发育过程中的表达模式。  方法  运用生物信息学手段鉴定薄壳山核桃LBD基因,分析该基因结构特征、系统发生学关系、显花植物中的进化历史和在胚发育过程中3个关键阶段的表达模式。  结果  薄壳山核桃全基因组中一共鉴定到52个候选LBD基因。根据基因结构、系统发生学最大似然树和Motif分析可分为3类:GroupⅠ、GroupⅡ和GroupⅢ。多序列比对分析中,52个LBD基因LOB结构域中鉴定出3个重要的结构:CX₂CX₆CX₃C锌指结构、高度保守的甘氨酸GAS结构和亮氨酸拉链(zipper-like)结构,并且在3类内都分别发生了特异性的的变异或者缺失。根据代表性显花植物LBD基因家族的系统发生学分析,从变异程度看GroupⅠ和GroupⅡ相对较为保守,而GroupⅢ内的所有LBD基因共享1支较长的分支,它们已发生了较大的变异,可能已经分化出新的功能。表达分析结果显示:LBD基因家族参与调控胚发育过程,通常控制子叶的发育和形态建成。薄壳山核桃LBD基因中又有在整个胚发育过程中都高表达的一簇基因,这些基因可能在胚发育过程中发挥了更加重要的作用。  结论  薄壳山核桃全基因组中共获得LBD基因52个,共可分为3个亚家族,不同的亚家族具有不同的基因结构、蛋白质结构、进化模式和表达模式,转录组表达分析显示:不同亚家族之间在胚发育不同阶段具有差异性表达,它们共同参与调控薄壳山核桃胚发育过程。图5表2参47     

滇东南水牛线粒体DNA控制区遗传多样性分析

 为了从母系遗传角度阐明滇东南水牛的群体遗传特征,本文采用PCR产物直接测序的方法对随机采集的35头滇东南水牛样品的线粒体DNA控制区序列进行了检测,并结合已发表的数据对所得序列进行了群体遗传和系统发育分析。结果在滇东南水牛中共检测到47个核苷酸多态位点,其中单一变异位点8个,简约信息位点39个,共定义了17种单倍型。在所分析的滇东南水牛序列中,碱基T,C,A和G的平均含量分别为28.00%,25.5%,31.7%,14.8%,单倍型多样度为0.815±0.066,核苷酸多样度为0.01134±0.00306,序列间平均核苷酸差异数是9.926,群体内遗传距离为0.011±0.002。系统发育和遗传差异分析显示：滇东南水牛与河流型水牛存在较大差异,检测的所有个体均属于沼泽型水牛mtDNA世系,但其由A和B两个支系组成,B支系又可进一步分为B1和B2两个亚支系。结果表明,滇东南水牛mtDNA遗传多样性较低,其存在两个母系血统来源,受河流型水牛基因渗入较小。