植物抗病基因进化的分子基础

探索植物抗病基因进化的分子机制是开展和实施作物抗病基因工程的基础，也是目前国内外研究的热点。自Johel等（1992）应用转座子标签法分离出第一个玉米抗病基因Hm1，Martin等（1993）首次应用定位克隆法分离出第二个番茄抗霜霉病基因Pto以来，这方面的研究已取得长足的进展。随着对抗病基因及其编码产物的结构和功能的了解，以及信号转导链上其他组分的解读，人们对植物与病原菌互作、植物抗病基因进化的分子机制的认识正在不断深化，各种着眼于植物抗病基因及其启动的植物内在抗病机制的基因工程正由设想变成现实。一、植物抗病性的分…     

植物萜类合成酶的进化研究

通过全面搜索和鉴定植物萜类合成酶基因家族的成员,我们重建了植物萜类合成酶的进化历史.研究发现 植物萜类合成酶的进化历史和植物谱系的分歧历史一致.低等植物地钱和苔藓的基因组只编码一个萜类合成酶. 从卷柏开始,萜类合成酶出现了基因重复和功能多样化,通过连续2次基因重复产生了3个萜类合成酶重复基因. 其中2个重复基因的功能发生亚功能化,共同行使原来的功能;而第三个重复基因则发生了新功能化,转变为催化 合成次生代谢萜类化合物,并且进一步分歧产生出萜类合成酶的其它4个亚家族.根据本研究构建的萜类合成酶 进化树,我们推断上述2次基因重复事件发生在卷柏和其它陆地植物分歧之前的祖先植物谱系中.     

植物二氢吡啶二羧酸合成酶的功能分歧与进化分析

二氢吡啶二羧酸合成酶(DHDPS)是赖氨酸生物合成途径的关键酶,探讨DHDPS在不同植物中所受到的选择压力及其功能分歧,以期为阐明赖氨酸积累的分子机制奠定基础,并为植物逆境适应性研究提供线索。利用模式植物基因组数据库,通过生物信息学手段,鉴定并获得水稻、拟南芥和大豆等11个物种的DHDPS基因的核酸和蛋白全序列;利用Clustal X、PAML和DIVERGE等工具剖析了21条DHDPS基因的序列、功能分歧、选择压力及进化关系,并计算了相关参数。系统进化树揭示了植物DHDPS基因能被划分为5个类群,其中,杨树的2个DHDPS蛋白单独形成了E类群,剩余的4个类群至少包括2个物种的DHDPS蛋白。基于位点模型的选择压力检测显示,M8模型虽然能签定出正选择位点,但这些位点均未达到显著水平,说明植物DHDPS基因主要受控于纯净选择。类群间功能分歧研究显示:类群之间存在Ⅰ型功能分歧,不存在Ⅱ型功能分歧;总共鉴定了273个功能分歧位点,其中,Ⅰ型功能分歧位点214个,Ⅱ型功能分歧位点59个;似然比检测表明,Ⅰ型功能分歧位点均达到显著水平,但Ⅱ型功能分歧位点均不显著。因此,在长期进化过程中,DHDPS基因类群间发生Ⅰ型功能分化,同时,单个类群内纯净选择起着主导作用。     

miR-31基因家族的分子进化与靶基因预测

 运用生物信息学方法从miRBase数据库中搜索动物物种miR-31基因家族成员的成熟序列,分析其分子进化特征并预测作用靶基因。结果表明,在49个动物物种中获得63条miR-31基因同源序列;miR-31家族成员大部分位于基因间隔区,少数位于内含子区;miR-31不仅存在于常染色体上,而且部分位于性染色体上。miR-31成熟序列长度在21-24 nt之间,序列同源性较高,部分位点在进化过程中发生了碱基突变和缺失。系统进化树显示,miR-31家族成员可分为2个分支。预测到哺乳动物miR-31拥有20个共同候选靶基因,与细胞生长发育、新陈代谢、信号转导、跨膜运输以及转录调控等过程密切相关。研究结果为深入理解miR-31基因家族的生物学功能奠定基础,也为后续研究提供理论依据。     

选择与适应:兰科植物查尔酮合酶基因家族成员的分子进化和功能趋异

回顾了近十五年来国内外对各科植物查尔酮合酶基因CHS分子进化的研究成果,并结合作者近年来对兰科植物CHS基因分子进化的研究结果,对兰科植物CHS基因分子进化和功能趋异的机制展开综述,揭示了植物中普遍存在的CHS基因分子进化以及伴随的功能趋异的现象和机制,初步探讨了CHS基因分子进化与生物进化和自然选择的关系。     

昆虫CYP4基因家族多样性和进化

CYP4基因家族属于P450基因超家族中的一个基因家族。CYP4基因家族在昆虫中表现出极大的多样性,如亚家族及其成员的多样性、基因变异体、表达多样性等。所以,CYP4基因家族是研究进化的好材料。为了确定CYP4基因家族真正的进化机制,人们对它的内含子、外显子、氨基酸、假基因、镶嵌基因、启动子等其他功能片断进行过研究,但是不够深入。CYP4基因家族属于功能基因,所以,不仅要研究其核苷酸或者氨基酸序列,应该进一步研究其高级结构。     

辣椒HD-Zip基因家族鉴定、系统进化及表达分析

【目的】鉴定辣椒HD-Zip基因家族,并利用生物信息学方法系统分析其在基因组中的分布、基因结构、进化分化特征及在不同组织中的时空表达特异性,解析该家族的进化特征及生物学功能。【方法】根据已报道及PlantTFDB数据库中的拟南芥HD-Zip序列,利用本地BLAST工具在我国辣椒测序品种‘遵辣1号’基因组中比对,并利用Pfam、SMART工具进一步验证。采用EMBOSS Programs、MEGA、GSDS、MEME、MCScanX、OrthoMCL、Circos等软件预测辣椒HD-Zip基因家族成员蛋白理化性质,构建系统进化树,定位染色体,分析基因结构、基因复制类型及直系、旁系同源基因。基于GEO数据库,运用R软件、本地perl语言及Cytoscape分析辣椒HD-Zip组织表达差异并绘制共表达网络。【结果】本研究在‘遵辣1号’基因组中鉴定获得42条辣椒HD-Zip,命名为CaHDZ01—CaHDZ42。CaHDZs长度跨度较大,70%CaHDZ蛋白的pI小于7.0。除CaHDZ42,其余基因不均匀地分布在12条染色体上,部分基因为片段复制。该基因家族可分为4个亚族,分别含有18、9、...     

光周期调控植物开花分子机制以及CCT基因家族研究进展

植物从营养生长到生殖生长的成花转变是其适应外界环境确保自身繁衍的关键环节,主要受内部调控和外部环境因素的影响,其中光周期是影响植物开花的一个重要因素,目前对其调控开花的分子机制研究也较为深入。本文结合近几年最新研究成果,总结了拟南芥、水稻、高粱和谷子4种植物光周期调控开花的分子机制,在此基础上还介绍了在植物光周期途径中扮演重要角色的一类含有CCT结构域的基因家族,对其不同成员在各个作物中的功能进行了概述,以期为进一步研究CCT基因家族的功能和开展光周期调控开花相关性状的分子育种提供理论基础。     

植物病毒,类病毒分子进化研究的现状和展望

对植物病毒、类病毒的分子进化进行了综述，通过分析和比较其全碱基序列，探讨了病毒、类病毒内部的亲缘关系和进化关系。     

木兰门作物RubisCO大亚基的分子适应性进化研究

分子进化中发生正选择的一个标志是密码子的错义替换（dN,氨基酸替代）比同义替换（dS,氨基酸不变）有更高的替换速率,计算dN与dS之比ω能衡量蛋白质的进化趋势和所受到进化压力的大小。ω=1、〈1和〉1分别说明蛋白质在进化过程中受到中性选择、负选择和正选择。     

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。     

睡莲转录因子bZIP家族的分子进化以及功能分析

【目的】基于睡莲基因组鉴定睡莲bZIP（basic leucine zipper）家族成员,并对其进行分析,以揭示睡莲bZIP家族的分子进化和功能。【方法】从Waterlily Pond数据库获取睡莲基因组序列,利用HMMER3.0程序识别睡莲的bZIP家族成员,并使用CDD程序进一步确认其含有的保守bZIP结构域,使用IQ-tree软件构建系统进化树。利用ExPASy和SOPMA在线网站进行蛋白质结构分析,通过MEME程序进行保守基序分析,使用MCScan和Circos软件对基因复制事件进行分析以及可视化展示。从NCBI下载睡莲转录组数据（SRA Study：SRP222853）,用R软件对睡莲bZIP家族成员表达数据的Pearson相关系数（PCC）进行计算和可视化分析,使用Cytoscape软件对NcbZIP成员之间的表达数据关系进行分析。【结果】从睡莲基因组中共鉴定出46个bZIP家族成员,按成员在染色体上的分布命名为NcbZIP01—NcbZIP46。根据系统进化分析可以将睡莲bZIP家族成员分为A、B、C、D、E、G、H、I、J和S共10个亚家族,其中A亚家族所含成员最多（11个）,相同亚家族成员具有相似的保守结构域和基因结构。理化性质分析表明,睡莲bZIP家族成员蛋白质长度介于101—1 898 aa,分子量大小介于12.04—214.64 kD。染色体定位分析发现,睡莲共有14条染色体,46个bZIP家族成员不均匀地分布在其中的10条染色体上,其中1号染色体上分布最多。睡莲bZIP基因家族发生10个复制事件,其中9个片段复制事件,1个串联复制事件,A亚家族所含基因复制事件最多（3次）。对NcbZIP成员在不同组织下的表达进行分析,根据表达情况分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组,Ⅰ组成员在所有组织中均高度表达,Ⅱ组成员几乎在所有组织中均不表达,Ⅲ组成员在不同组织中表达水平各不相同,其中C、D和G亚家族的大部分成员集中在Ⅲ组。通过睡莲bZIP成员表达量的Pearson相关系数分析,发现NcbZIP45与所有NcbZIP成员之间的相关性最高。【结论】在睡莲基因组中鉴定出46个bZIP成员,分为10个亚家族,不均匀地分布在14条染色体上,结构进化保守,组织表达模式多样。     

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。     

鮡科褶鮡属鱼类部分线粒体DNA序列分析与分子进化

采用PCR技术获得了中国鮡科褶鮡属(Pseudecheneis)5种鱼类及外群种类巨魾[Bagar-ius yarrelli(Sykes)]和红河纹胸鮡(Glyptothorax fukiensis honghensisLi)的线粒体部分基因序列.序列分析结果表明:间褶鮡(Pseudecheneis interm ediusChu)与平吻褶鮡(P.pavieiVail-lant)在Cyt b基因片段上完全无差异,形成单倍型,支持间褶鮡应为平吻褶鮡的同物异名.凭Cyt b基因片段构建了它们的NJ,MP和ML分子树,3棵分子树基本一致,均支持褶鮡属构成一单系群;怒江和伊洛瓦底江"黄斑褶鮡"不同样品分别聚在一起,但二水系的样品未能形成一单系;其他各种的不同样品均能分别聚在一起形成单系.怒江和伊洛瓦底江"黄斑褶鮡"的分类地位值得今后进一步研究.     

甜橙乙烯诱导酯酶基因家族的进化

为了解甜橙乙烯诱导酯酶基因（Citrus sinensis Ethylene-induced esterase gene、CsEIE）家族成员的进化历 史与功能分化、检索比对了甜橙基因组尧TAIR 数据库尧Phytozome 数据库和NCBI EST 数据库中多个物种的EIE 家族 基因、分析了甜橙中该基因家族的全部18 个成员的基因结构尧染色体分布尧蛋白结构域尧保守序列尧基因表达尧进化 选择方向以及系统发生关系。结果表明、CsEIE 家族成员分布在4 条染色体中、通常呈串联重复排列;不同基因的外 显子数目变异范围为1~5;该基因家族绝大多数成员含有3 个保守基序。系统发生学分析结果显示、被子植物EIE 家 族基因聚为3 个分支、表明EIE 基因家族是在被子植物分支前就已存在的古老的多基因家族、家族成员目前的分布 现状是基因不断重复和丢失的结果。系统发生树中、甜橙CsEIE1~CsEIE8 属于同一分支、推测其是在柑桔与研究中 其他物种分化后经多次基因重复事件产生。该分支在其他被子植物中也同样有多个经独立基因重复事件形成的旁 系同源、而另外两支中发生的重复事件要少得多。表达分析结果显示、CsEIE 基因家族在转录活性尧表达模式上已经 出现了较大的分化。所有结果表明CsEIE 基因家族仍在扩张、各成员在经受不同的选择压力。     

菊花及其近缘种的分子进化与系统发育研究

分子进化与系统发育的基本关系就是在DNA水平探索生物进化的原因和机制 ,以生物大分子的信息推断生物进化的历史 ,重建系统谱系关系。该文分析了几个在菊花及其近缘种起源与亲缘关系研究中有代表性的CHS基因、CDS基因和核糖体nrITS基因等的分子进化和以其核苷酸与氨基酸序列进化差异构建的系统发育关系 ,概述了前人基于RAPD、AFLP和SSR等分子标记的以基因组DNA扩增片段的多态性构建的菊花及其近缘种的系统发育关系进展。作者比较了基于分子特征和表征特征研究菊花及其近缘种及品种起源与亲缘关系的异同点 ,认为只有将分子进化的系统发育研究与传统的基于形态、细胞和生理学研究的表征特征结合起来 ,才能最终澄清物种间的进化关系。     

橡胶树HbSUT3的分子进化分析

【目的】揭示HbSUT3的分子进化特点,及其与产量的相关性。【方法】克隆获得橡胶树5个大规模推广品种、9个1981′IRRDB野生种质和7个橡胶树属其它种或变种共计21份材料的HbSUT3及其同源基因（统称为SUT3）的cDNA序列,以及其中10个材料的基因组序列,利用MEGA软件(版本4.02)对获得的序列进行基因序列分析,并采用NJ法构建分子进化树。【结果】橡胶树属不同材料的SUT3均由4个外显子和3个内含子组成,其cDNA编码区长度均为1 608 bp;不同材料序列的转换/颠换比均小于2.0,Ks值普遍大于Ka值;系统进化分析显示,高产的橡胶树种质趋于聚为一类,但橡胶属不同种的材料也可以聚在一起。【结论】橡胶树HbSUT3是一个进化相对保守的基因,其分子进化与橡胶树产量性状有一定的相关性,橡胶树属内的不同种和变种可能属于一个物种综合。