Gene flow and the geographic structure of natural populations

There is abundant geographic variation in both morphology and gene frequency in most species. The extent of geographic variation results from a balance of forces tending to produce local genetic differentiation and forces tending to produce genetic homogeneity. Mutation, genetic drift due to finite population size, and natural selection favoring adaptations to local environmental conditions will all lead to the genetic differentiation of local populations, and the movement of gametes, individuals, and even entire populations--collectively called gene flow--will oppose that differentiation. Gene flow may either constrain evolution by preventing adaptation to local conditions or promote evolution by spreading new genes and combinations of genes throughout a species' range. Several methods are available for estimating the amount of gene flow. Direct methods monitor ongoing gene flow, and indirect methods use spatial distributions of gene frequencies to infer past gene flow. Applications of these methods show that species differ widely in the gene flow that they experience. Of particular interest are those species for which direct methods indicate little current gene flow but indirect methods indicate much higher levels of gene flow in the recent past. Such species probably have undergone large-scale demographic changes relatively frequently.     

肌肉发育相关LncRNA的研究进展

生长发育性状是受遗传和环境因素共同作用和/或相互作用的复杂性状,尽管利用全基因组关联研究可分析基因组上全部基因,筛选出与某类性状关联的SNP,但很难综合评价某个基因对其确切的作用。寻找与生长发育相关的精准基因是育种研究的目标之一。长链非编码RNA(long noncoding RNA,LncRNA)在细胞增殖分化、个体发育、信号转导、干细胞维持、代谢等几乎所有重要生命活动中发挥关键的调控作用,在表观遗传水平、转录水平及转录后水平等方面具有控制基因表达的作用,与多种重大疾病的发生密切相关。LncRNA是一类长度大于200个nt,且不表现出蛋白质编码潜能的RNAs,通过多种机制发挥生物学功能,参与染色质修饰、X染色体沉默以及基因组印记、转录干扰、转录激活、核内运输等多种重要调控过程,涉及表观遗传调控、转录调控及转录后调控等多个层面。深入探讨LncRNA调控生肌因子进而调节肌肉发育分化的新路径,阐释哺乳动物生肌分子时间,寻找肌肉组织中与生长发育相关的新LncRNA分子,深入研究与生长发育密切相关的LncRNA分子及其靶基因的生物学功能,阐明 LncRNA 在肌肉生长发育的调控机制,是肌肉发育遗传育种的主要研究内容。本文就LncRNA在哺乳动物肌肉生长发育、细胞生长、分化、增殖中的作用进行综述。     

Riboswitches in eubacteria sense the second messenger cyclic di-GMP

Cyclic di-guanosine monophosphate (di-GMP) is a circular RNA dinucleotide that functions as a second messenger in diverse species of bacteria to trigger wide-ranging physiological changes, including cell differentiation, conversion between motile and biofilm lifestyles, and virulence gene expression. However, the mechanisms by which cyclic di-GMP regulates gene expression have remained a mystery. We found that cyclic di-GMP in many bacterial species is sensed by a riboswitch class in messenger RNA that controls the expression of genes involved in numerous fundamental cellular processes. A variety of cyclic di-GMP regulons are revealed, including some riboswitches associated with virulence gene expression, pilus formation, and flagellum biosynthesis. In addition, sequences matching the consensus for cyclic di-GMP riboswitches are present in the genome of a bacteriophage.     

鸡miR-18la靶基因的生物信息学分析

对鸡miR-18la的靶基因进行了预测及相关生物信息学分析,为深入研究miR-18la生物学功能提供理论指导.利用TargetScan 5.1与PicTar 2种计算方法对miR-18la进行靶基因预测,交集的基因集合分别进行GO富集分析和KEGG分析.结果预测到交集靶基因有137个下游靶基因,GO富集分析结果表明,1...     

Ecological genetics and natural selection in molluscs

Polymorphic snails of the genus Cepaea have been widely used for research in ecological genetics. Natural selection by selective predation is important in controlling morph frequencies in some populations of C. nemoralis in England. The importance of environmental selection in affecting other patterns of local genetic differentiation of population structure (area effects) is a matter of controversy. Some authors emphasize divergent evolution of whole gene pools between area effects, while others feel that climatic selection acting on individual loci is important. Analysis of 500,000 C. nemoralis snails from throughout Europe shows that there is a strong positive association between gene frequencies at the shell color locus and mean summer temperature, but that no climatic correlations are obvious at other loci. Another species, C. vindobonensis, which has a much simpler system of polymorphism than does C. nemoralis, was investigated in Yugoslavia, in a region where there is known to be intense microclimatic differentiation because of the accumulation of cold air in frost hollows. There was a striking tendency for snails with lightly pigmented shell bands to be found in places with a warm microclimate. Physiological and behavioral experiments demonstrate that this is due primarily to differential energy absorption from sunshine by the different shell phenotypes. As in C. nemoralis, other C. vindobonensis phenotypes show no detectable association with the environment. It is possible that genes whose frequencies cannot be related to environmental selection may have evolved strong linkage interactions with other genes in the population's gene pool. Selection by the ecological environment and the genetic environment may therefore both be important in controlling the genetic structure of snail populations.     

Evolution of shape by multiple regulatory changes to a growth gene

The genetic changes responsible for morphological differences between species are largely unidentified. Such changes can involve modifications of growth that are relevant to understanding evolution, development, and disease. We identified a gene that induces male-specific wing size and shape differences between Nasonia wasp species. Fine-scale mapping and in situ hybridization reveal that changes in at least three regions (two strictly in noncoding sequence) around the gene unpaired-like (upd-like) cause changes in spatial and temporal expression of upd-like in the developing wing and corresponding changes in wing width. Upd-like shows homology to the Drosophila unpaired gene, a well-studied signaling protein that regulates cell proliferation and differentiation. Our results indicate how multiple changes in the regulation of upd-like are involved in microevolution of morphological and sex-specific differences between species.     

植物细胞质APX1的研究进展

活性氧(ROS)在植物生长发育和对各种逆境适应过程中扮演双面角色：高浓度下引起氧化损伤、低浓度下发挥第二信使作用,其角色转换取决于其产生和清除之间的平衡状态,并严格受控于体内一套由酶和非酶组分构成的双元抗氧化系统。在抗氧化酶类中,位居细胞质的抗坏血酸过氧化物酶1(APX1)在胞内氧化还原态水平调控中起到关键作用,在ROS清除网络中居于核心地位,已被视作ROS功能的重要杠杆,并因而获得相对最广泛的研究关注。着重介绍了其酶学特性、基因表达和调控、生物学作用及目前主要在植物抗逆基因工程中的应用研究进展,以期为日后植物ROS和抗逆性研究提供有用信息和思路。     

基因工程作物的安全评估与监管:历史回顾与改革思考

基因工程(genetically engineered,GE)作物育种或精准育种(precise breeding)可按人类的意愿做到基因序列、蛋白序列、功能和插入位点四精准。2016年,GE作物的全球种植面积达1.851×10~9 hm~2,30年增加了近100倍,成为农业史上发展最快的技术,产生了巨大的经济、社会和环境效益。GE作物的安全性评估和监管,30年来已积累了海量的科学数据和丰富经验,存在的问题需要认真思考,特别是近年基因组编辑技术的飞速发展,又提出了如何安评监管的新课题。GE育种技术只是一种工具或手段,本身并无固有的特殊风险,与常规育种技术相比,并不增加新的风险。从科学角度看,过去30年中普遍存在监管失当或过度监管问题,没有真正做到以风险为基础的分类监管,欧盟"以技术过程为基础"的监管应当摒弃,即使美国"以产品为基础"的监管也存在需要改进的空间。安评监管必须以科学为基础,如何创新、改革已成为国际发展的共同趋势。本文对GE作物环境和食品安全性评估中的一些科学问题进行了分析讨论,包括评价对象,对靶生物和非靶生物的影响,转基因飘流,毒性、过敏性、营养成分及非预期效应,GE作物中的标记基因及植物病原DNA序列等。根据现有科学知识,讨论了安评监管的重点。文章最后建议按物种、基因、环境三位一体,构建"以风险为基础"的分类管理框架,列出了属于低、中、高风险类别的可能产品。按物种分,重点考察基因供体或受体物种是否有长期安全食用的历史,是否含有已知的毒性物质、过敏原或抗营养因子等。按基因来源分,可分为种内转基因(intragenesis)、近缘转基因(cisgenesis)和远缘转基因(transgenesis)。种内转基因是指同种植物内的基因修饰和转移,如大多数基因组编辑技术改良的作物,将种内的某个或某些基因沉默、敲除或插入、修饰,风险极低。近缘转基因是在有性可交配物种之间转基因,风险类别低。远缘转基因则是转入有性不可交配物种的基因,风险类别中或高。按环境分类,重点考察GE作物释放环境中是否存在有性可交配的近缘野生种或杂草,是否会引起基因渐渗,导致杂种有生存竞争选择优势,以及释放环境是否为该物种的起源中心等。以上应作为GE作物风险评估和监管的重点。     

Genetic basis for activity differences between vancomycin and glycolipid derivatives of vancomycin

Small molecules that affect specific protein functions can be valuable tools for dissecting complex cellular processes. Peptidoglycan synthesis and degradation is a process in bacteria that involves multiple enzymes under strict temporal and spatial regulation. We used a set of small molecules that inhibit the transglycosylation step of peptidoglycan synthesis to discover genes that help to regulate this process. We identified a gene responsible for the susceptibility of Escherichia coli cells to killing by glycolipid derivatives of vancomycin, thus establishing a genetic basis for activity differences between these compounds and vancomycin.     

高榕榕果内Eupristina属两种榕小蜂的遗传进化关系

对生长在福州地区的高榕进行长期追踪观察,发现高榕榕果内仅生活着Eupristina altissima和Eupristina sp.榕小蜂,前者为高榕的传粉小蜂,后者无传粉行为,两者雌蜂之间在体色、触角、花粉袋和花粉刷等部位存在细微的差异,而两者雄蜂之间无形态差异。通过克隆福建地区5个样地的高榕榕果内收集到的E. altissima和Eupristina sp.榕小蜂,以及细叶榕的传粉小蜂Eupristina verticillata(外群)的Cytb及COI基因,并进行碱基组成及遗传距离分析,用邻接法构建系统发育树,分析两榕小蜂群体之间的遗传进化关系,结果显示:(1)榕小蜂COI及Cytb序列碱基组成中A+T的含量(Cytb序列中A+T=75.3%,COI序列中A+T=75.5%)显著高于G+C,符合膜翅目昆虫线粒体基因碱基组成特征。(2)对两群体小蜂进行遗传距离分析显示,Cytb序列中E. altissima和Eupristina sp. 群体内各样本之间的平均遗传距离分别为0.0092和0.0030,而E. altissima与Eupristina sp. 群体间的平均距离为0.1588;COI序列中E. altissima 与Eupristina sp. 群体内各样本之间的平均遗传距离分别为0.0065和0.0205,而二者群体间的平均遗传距离为0.1043,表明两者群体间的遗传距离明显大于各自群体内各样本间的遗传距离。统计GenBank中下载的6个属34种榕小蜂Cytb序列的种间遗传距离为0.0811-0.1723,6个属28种榕小蜂COI序列的种间遗传距离为0.0939-0.1986。由此认为E. altissima和Eupristina sp.之间的遗传距离差异已经达到了种间水平,即E. altissima与Eupristina sp.为两个不同的种。(3)在形态上,两种小蜂的雌蜂之间有微小差异,而二者雄蜂之间无差异,但Cytb与COI序列分析结果一致表明:E. altissima与Eupristina sp.雄蜂之间,以及二者雌蜂之间的遗传距离均差异显著,表明形态变异滞后于基因变异。雌蜂在表型上进化快于雄蜂,可能是由于雌蜂羽化后从榕果出飞,受到外界环境因素的影响较大,且两种雌蜂在传粉功能上存在差异,故二者之间的形态差异较大,而雄蜂寿命短,又终生生活在黑暗封闭、环境变化相对恒定的榕果内,两种雄蜂在行为上不存在差异,故二者表型变异较为缓慢。E. altissima和Eupristina sp.小蜂对宿主的专一性不强,在榕-蜂协同进化过程中,可能发生过宿主转移事件。     

小麦远缘杂交现状、抗病基因转移及利用研究进展

小麦近缘植物中含有丰富的抗病、抗逆和抗虫等基因,是小麦育种的优异基因源。通过远缘杂交可以将近缘植物优异基因转移给小麦,创制包括双二倍体或部分双二倍体、附加系、代换系和易位系等在内的小麦-近缘植物异染色体系。这些含小麦近缘植物血缘的异染色体系是研究物种染色体行为与进化、基因定位与作图的重要素材,也是拓宽小麦的遗传基础、抵御小麦重要病虫害、增加小麦产量和提升小麦品质的重要物质基础。为了更加清晰地了解小麦远缘杂交概况及小麦近缘植物抗病基因向小麦的转移,也为今后小麦远缘杂交研究和种质资源的开发利用提供参考,文中对小麦族物种分类、小麦远缘杂交的定义与意义、小麦族山羊草属、黑麦属、偃麦草属、簇毛麦属、冰草属、大麦属、披碱草属、赖草属、新麦草属以及旱麦草属物种与小麦远缘杂交现状和异染色体系创制情况进行了概括,并对来源于小麦近缘植物被正式命名的17个抗条锈病基因、35个抗叶锈病基因、30个抗秆锈病基因、41个抗白粉病基因、3个抗赤霉病基因、1个抗麦瘟病基因、1个抗叶枯病基因、1个抗颖枯病基因、4个抗褐斑病基因、2个抗眼斑病基因、1个抗梭条花叶病基因、2个抗线条花叶病基因和2个抗禾谷类黄矮病基因向小麦的转移情况及其所在染色体的位置信息进行了归纳。小麦-黑麦1RS·1BL易位系、1RS·1AL易位系和小麦-偏凸山羊草2NS/2AS易位系等抗病优良种质的育成与利用在世界小麦育种史上做出了突出贡献,然而,这仅仅得益于对少数抗病基因的利用。与目前已经被命名的基因数量相比,被利用到小麦育种中的抗病基因相对较少。文中分析了当前已命名抗病基因利用情况比例偏低的原因,并对今后如何利用这些抗病基因提出了建议。同时,还列举了已克隆的源自小麦近缘植物的抗病基因,并对克隆这些基因的方法以及今后可能的研究热点进行了分析,认为加强无遗传累赘的小麦-近缘植物易位系的创制与应用仍可能是今后小麦育种材料创新与新品种培育的一个重要发力点。     

密穗小麦(Triticum compactum Host.)α-醇溶蛋白基因5’上游调控区序列分析

本文根据已报道的α-醇溶蛋白基因5’上游调控区和编码区的保守序列,设计特异性引物,以5份密穗小麦DNA为模板,用PCR克隆的方法获得了51条α-醇溶蛋白基因5’上游调控区序列。对长度大于380 bp的19条序列进行了分析,发现19条序列均含有与基因表达相关的重要调控元件,包括胚乳基序元件TGTAAAG、GCN4类似元件ATGAGTCAT、CAAT框、AAA G基序、TA-TA框、GCN4类似基序ATGAC(T)GATCAT以及CAC-box,同时在序列中出现了AACA元件。序列比对表明,密穗小麦与普通小麦和乌拉尔图小麦α-醇溶蛋白5’上游调控区存在较为丰富的变异,遗传差异较大。对各序列的5’上游调控区进行聚类分析,结果发现基于调控区序列不能完全区分材料的种属,同时根据已知染色体位置的序列,可以看出上游调控区序列并未表现出染色体特异性。     

舞毒蛾核型多角体病毒的基因及其在害虫防治中的应用

介绍了舞毒蛾核型多角体病毒（LdMNPV)的基因组结构、UDP－转葡糖基酶基因、增强子基因（enhancin基因）、蛋白激酶基因（vPK基因）、多角体蛋白（polyhedrin)基因、PE基因、P39－衣壳基因、DNA聚合酶基因（DNA pol)、25K FP基因以及LdMNPV的同源区（hrs)的结构和功能。这些基因或同源区的编码产物有的作为结构组分存在于包含体中，有的作为调节因子在病毒复制过程中参与病毒DNA的复制和基因表达的调节，有的负责协调病毒与虫体之间的关系。通过分析用于外源基因表达的LdMNPV的基因工程的实例，阐明了在害虫的防治领域，构建LdMNPV重组杆状病毒杀虫剂是LdMNPV分子生物学和基因工程的发展方向。     

农业经济动物稀释毛色表型形成研究进展

毛色是家畜驯化过程中最早被选择的性状之一,对该性状的偏好性选择导致家畜毛色丰富多样。家畜的毛色表型是由黑素细胞中真黑色素（产生黑色 / 棕色）和褐黑色素（产生黄色 / 红色）的相对含量决定,当真黑色素或褐黑色素的合成被稀释,或者两种色素的合成均被稀释时,就会形成不同的稀释毛色表型。为深入理解家畜毛色变异的遗传机制,许多学者已经进行了大量的毛色遗传学研究,以确定家畜的毛色相关基因和因果突变。目前,已鉴定出超过 300 个基因座和 150 个与毛色相关的基因。稀释毛色表型作为动物毛色遗传研究领域的一个重要研究方向,其遗传学研究已取得了一定进展。已发现多个因果基因可以引起哺乳动物的毛色稀释和禽类的羽色稀释,这些基因通过影响潜在的色素形成途径来影响黑素细胞的发育和分化、黑色素的合成以及黑素小体的运输。相似的毛色稀释表型通常在不同物种间被发现,可能由保守的或不同的毛色稀释基因引起。在同一物种中,可能有多个基因导致相同或相似的稀释毛色表型。该文对农业经济动物（主要是猪、马、牛、羊、鸡）稀释毛色（羽色）表型的类型及其形成的因果基因和突变,以及遗传机理等研究进展进行综述,以期为动物稀释毛色（羽色）遗传机制的深入研究提供参考。     

Genomic islands and the ecology and evolution of Prochlorococcus

Prochlorococcus ecotypes are a useful system for exploring the origin and function of diversity among closely related microbes. The genetic variability between phenotypically distinct strains that differ by less that 1% in 16S ribosomal RNA sequences occurs mostly in genomic islands. Island genes appear to have been acquired in part by phage-mediated lateral gene transfer, and some are differentially expressed under light and nutrient stress. Furthermore, genome fragments directly recovered from ocean ecosystems indicate that these islands are variable among cooccurring Prochlorococcus cells. Genomic islands in this free-living photoautotroph share features with pathogenicity islands of parasitic bacteria, suggesting a general mechanism for niche differentiation in microbial species.     

水分胁迫对植物基因表达的影响

水分胁迫会引起植物基因表达发生变化,这些变化可能导致植物从细胞水平上进行调节,并适应这种水分胁迫的环境．虽然前人从细胞水平上对水分胁迫的反映进行了大量的研究,但随着研究的不断深入,人们发现从分子水平上弄清楚植物对胁迫的反应显得更为重要．就植物细胞对水分胁迫感知、基因表达调控及ABA的合成与调控方面进行了综述．     

逆转座子LINE-1在基因组中的调控作用

近年来研究发现真核生物基因组中的许多重复序列以及基因的内含子参与基因表达的调控。在这些重复序列中,有一种广泛分布于基因组中的逆转座子LINE-1,目前发现其对细胞的增殖与分化以及肿瘤的发生起着非常重要的作用,具体表现为影响基因的转录及整个基因组的稳定性、参与X染色体失活及基因组进化等。在正常细胞的分化调控中,基因的激活与沉默具有时间与空间的特异性,实现其“预定”的、有序的、不可逆转的分化过程。主要阐述了逆转座子LINE-1的结构特征和其在基因组中的调控作用及这些作用影响基因表达从而调节生物体的生命活动。研究LINE-1的调控机制对认识细胞的时空调控以及癌症的发生与发展具有重要的价值。