细菌水平基因转移所面临的现实与挑战

水平基因转移对细菌遗传物质进化的影响是存在争议的.本文着重从水平基因转移的进化思想和水平基因转移在进化方面的重要性,特别是在原核细胞进化方面作一综述.首先,阐述水平基因转移在细菌物种进化中的进程;其次,阐述水平基因在不同的进化阶段的范围或广度,此外,讨论重建（或改造）旧的系统发育树关系在面临水平基因转移的可行性;最后,讨论水平基因转移是如何适应新的达尔文进化论学说的,而且需要一种新的进化论去诠释细菌物种的进化机制,水平基因转移就是其中一个很重要的原因.     

拟柱孢藻毒素生物合成的分子基础与进化特征

拟柱孢藻毒素是由尖头藻等水华蓝藻产生的一种生物碱类蓝藻毒素.毒理学研究表明该毒素进入动物体内后能够对多种器官产生毒性效应，且以肝毒性较为明显.拟柱孢藻毒素的毒性虽不及微囊藻毒素，但由于其结构的稳定性和水溶性，能够在水体中积累到较高浓度，增大了饮用水健康风险，且容易通过食物链富集造成更为严重的中毒事件.随着尖头藻水华在世界范围内的蔓延，拟柱孢藻毒素也引起了研究者和水体管理部门的广泛关注.作为一种次级代谢产物，拟柱孢藻毒素的生物合成是从甘氨酸、精氨酸和丙二酰CoA开始，由特定的多种酶依次催化完成的.这些酶的编码基因在基因组上形成簇状结构，不同种的产毒藻具有相似的毒素合成基因簇，主要差别在于基因序列的变异和排列方式的不同.对毒素合成基因及其功能的探究不但有助于建立可靠的分子检测方法，用于预测水华发生过程中的毒素风险，还可以加深对蓝藻次级代谢产物合成与进化的认识，为利用和改造这些天然代谢途径合成新的活性化合物提供参考.通过对拟柱孢藻毒素生物合成的分子基础及其进化特征的系统性总结，以期从分子水平为相关领域的研究者提供有关拟柱孢藻毒素的全面认识.     

蓝藻接合转移系统以及相关因素

蓝藻是一类进行光合放氧的原核生物,蓝藻因其结构的特点,已经成为表达外源基因的理想宿主之一,而接合转移是蓝藻基因转移系统中普遍使用的一种方法。通过接合转移技术可以深入研究光合作用、细胞分化、氮固定和对环境的抵抗。介绍了有关蓝藻接合转移的载体、质粒以及接合转移在蓝藻中的应用,为蓝藻基因工程发展提供信息。     

番茄果实成熟过程中色素合成相关基因的表达分析

对番茄果实成熟过程中色素含量进行检测,并利用实时定量PCR技术对色素合成相关基因的表达进行分析.结果表明,番茄果实成熟过程中,叶绿素含量逐渐降低,花青素含量变化不显著,番茄红素及类黄酮含量显著升高,大部分调控色素合成的转录因子基因、类胡萝卜素代谢途径以及类黄酮代谢途径相关基因在果实破色后呈现先上升后下降的趋势.     

深圳湾和大鹏湾微生物群落结构及其功能预测比较分析

多样性丰富的微生物对海洋生态系统的稳定起着主导作用,采用Illumina Miseq测序技术,针对深圳大鹏湾和深圳湾,综合比较分析两者的表层海水微生物多样性,预测其微生物生态功能差异。结果表明大鹏湾水体微生物群落的Shannon、Simpson、Chao1和ACE多样性指数及菌群OTUs高于深圳湾的水体。大鹏湾和深圳湾的微生物群落在门水平分别有24和10个菌门,两者主导菌门都为蓝藻细菌门、变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门、浮霉菌门,这六个分别占其总微生物群落的99.3%和99.9%。然而各菌门在2个水体中的相对丰度不同,且在纲、目、科、属等分类水平的菌群结果也表明群落组成差异显著,在属水平发现隶属于蓝藻菌门的原绿球藻(60%)主导了深圳湾的表层水体,而大鹏湾的主导蓝藻菌属为未被分离出纯菌株的菌群。代谢功能预测初步揭示了大鹏湾和深圳湾水体微生物的代谢功能有所差异,主要体现在生物降解功能、脂质代谢、酶系统和碳水化合物代谢等方面。该研究为认识海洋微生物多样性与海域生态系统的保护修复提供基础数据和理论支撑。     

类胡萝卜素介导的植物花色调控机制研究进展

花色是一种重要的花性状,对于有花植物的观赏园艺、生殖生态以及物种演化均具有非常关键的作用。有花植物花着色的关键决定因素是花色素的合成和沉积。类胡萝卜素作为一类重要的天然色素,不仅具有营养和药理特性,同时还是许多有花植物花着色的呈色色素。笔者对植物中的类胡萝卜素代谢途径及相关基因进行了梳理,并着重总结了类胡萝卜素代谢基因的表达及其转录调控对植物花着色的影响。当前,已知花中类胡萝卜素代谢基因的表达与类胡萝卜素积累及花着色紧密相关,但是关于这些基因在花中的转录调控机制研究还处于起步阶段。植物的花器官似乎采取了与叶、果实等其他器官完全不同的策略来精细调控类胡萝卜素的生物合成与积累,并且不同植物间尚未发现共通之处。笔者基于目前的研究进展,对未来类胡萝卜素介导的花着色调控机制研究进行了展望,认为随着高通量组学技术和现代分子生物学技术的迅猛发展,可尝试结合基因组、转录组、代谢组及最新的单细胞组学和空间组学等多组学技术和遗传转化及以CRISPR/Cas9为代表的基因组编辑技术,构建多种植物花着色过程中类胡萝卜素代谢的特异性分子调控网络,以期为进一步研究类胡萝卜素介导的花色变异与演化及花色育种提供有益参考。     

偷来的光合作用基因

小偷无处不在，不光人类社会里有小偷这个行当，连病毒世界也有小偷的存在。分子生物学家发现，一种专门攻击蓝藻的病毒，在漫长的与蓝藻一起进化的过程中获得了蓝藻的光合作用基因，并且利用这个基因使自己更好地存活下来。[编者按]     

拟南芥转or基因突变体转录组及表型分析

构建了拟南芥orange(or)过表达突变体和相应的对照组,通过比较它们在色素含量、转录组、表型等方面的变化,发现or在绿色组织(拟南芥叶子、茎等)中也能起到提高类胡萝卜素含量的作用,且突变体类胡萝卜素合成途径的基因转录水平没有显著变化,但是很多防卫胁迫相关基因转录水平上调,说明突变体中存在胁迫环境.对不同生长条件下突变体幼苗下胚轴的测量等表明or突变体对光尤其是蓝光变得十分敏感.本研究分析比较了or在不同组织中的效应,为or应用于改良作物类胡萝卜素含量的基因工程和进一步揭示or的作用机制提供了参考.     

过表达RkHMGCR基因对红冬孢酵母类胡萝卜素合成的影响

3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMGCR)是甲羟戊酸途径中的限速酶之一,其表达水平和催化活性会影响萜类及其衍生物的合成量.研究从红冬孢酵母YM25235菌株中克隆到一个HMGCR基因,命名为RkHMGCR.序列分析结果显示,RkHMGCR包含一个3 981 bp的开放阅读框,编码1 326个氨基酸,其编码的氨基酸序列与已报道的HMGCR同样具有保守的2个底物结合位点、2个NADP(H)结合位点和与催化活性相关的4个关键氨基酸残基,表明RkHMGCR是一个潜在的新的HMGCR基因.将RkHMGCR转回到YM25235菌株中进行过表达,分析结果显示,基因过表达使YM25235菌株中类胡萝卜素含量提高了42.21%,菌株中油脂和脂肪酸含量分别降低了28.93%和20.31%,这与部分类胡萝卜素合成和脂肪酸代谢相关基因的转录分析结果一致.研究结果可为进一步通过代谢工程手段提高产油红酵母中类胡萝卜素及其特定组分含量的研究提供参考.     

接合转座子Tn916的水平基因转移

水平基因转移（HGT）极大地提高了细菌物种对环境的适应性,促进了细菌的进化.原核生物通过水平基因转移获得的基因片段为基因岛（GEIs）.接合转座子（CTns）则是一种常见的可移动基因岛,通过接合进行水平基因转移,并主要传播抗生素抗性.该文介绍与讨论了一种发现较早,且被广泛研究的接合转座子Tn916的重组、接合转移和调控模块,阐述了这类接合转座子的一般结构、转移机制和影响.     

植物八氢番茄红素合成酶基因研究进展

类胡萝卜素与植物的生长发育和光合作用密切相关,对作物品质贡献显著.八氢番茄红素合成酶(phytoene synthase, PSY)是植物体内类胡萝卜素合成通路的端口酶和限速酶,其表达丰度和活性高低直接调控植物体内类胡萝卜素的含量.植物PSY基因的功能受到其自身遗传学、类胡萝卜素合成通路基因及代谢物、各种外界非生物环境等等各种因素的调控.充分认识PSY基因的功能特性和调控机制,并对其进行合理的设计改造可能是未来提高植物体内类胡萝卜素含量的重要途径.作者对不同植物中PSY基因的功能及调控机制的相关研究进展做以综述,以期为植物体内类胡萝卜素积累的遗传调控研究提供理论依据.     

古菌、细菌和真核生物纤维素酶的整体进化关系

【目的】纤维素酶在生物燃料、食品、造纸、制药和纺织工业应用广泛。许多生物都能产生纤维素酶,因此纤维素酶的进化关系非常复杂;加上人类用工程手段不断改造纤维素酶,使得纤维素酶的进化关系更加复杂化。因此,本研究对纤维素酶的整体进化关系进行大规模的系统发育和统计分析。【方法】选取来自116种古菌、1744种细菌和556种真核生物的2416种纤维素酶进行系统进化分析。通过计算平均成对p距离反映每个分类组中的序列差异;然后将差异分为组内差异和组间差异,从数值上反映基因的垂直转移和水平转移;最后,通过进化树展示基因转移的趋势。【结果】来自不同门、纲、目、科和属的纤维素酶,其氨基酸序列的平均成对p距离差异很大。在各个系统分类中,纤维素酶的组间差异和组内差异亦存在很大不同。大规模的系统发育分析显示,大多数纤维素酶的进化经历了不同的路径和分岔,并形成相互交织在一起的群簇。【结论】本研究从统计分析和系统发育的角度提供纤维素酶的整体进化关系,不仅包括纤维素酶基因的垂直遗传和水平转移,还包括多时间和多种属进化,展示了纤维素酶进化的全貌。统计分析不仅丰富系统发育的分析结果,还为利用生物技术设计所需要的纤维素酶提供补充信息。     

利用复杂网络来研究tRNA序列的进化

根据点突变和互补复制的进化机制构建tRNA序列相似度平行网络和反平行网络并研究了网络的特征.分析发现当相似度很大时,tRNA基因网络出现了无标度(scale-free)的特征.其次,还比较了平行网络和反平行网络的特征,发现在相同的条件下,反平行网络中的tRNA序列间的关系比平行网络中更密切,它们之间的相似程度更高.这同时说明现代tRNA 序列由互补复制机制进化的可能性更大.最后根据点突变和互补复制的进化机制建立了一个粗糙的tRNA进化模型.结果发现模型tRNA相似度网络在0.3≤ξ≤0.5条件下,不仅和真实tRNA相似度网络有局部的相似行为,而且网络的整体行为也是相似的.因此现代tRNA序列的合理的进化机制应该是上述两种机制的混合.     

蓝藻分子系统学研究进展

综述蓝藻分子系统学的研究成果及进展,包括①目前用于蓝藻分子系统学研究的基因种类以及这些基因进化的结构规律,ＰＣＩＧＳ,１６ＳｒＲＮＡ和ＩＳＲ序列分析在蓝藻系统发育研究中取得的重要结果;②用于蓝藻分子系统学研究的方法及其应用;③有毒微囊藻属的分子系统学研究进展．     

丙酮酸铁氧化还原蛋白酶对蓝藻光合生长速率影响的仿真分析

光合生物通过光合作用,可将光能转化为储存在生物体内部的生物质能,生物质能的生成速率受光合生长速率的影响.研究影响光合生长速率的因素,有利于提高生物质能的生成速率.蓝藻是最早进行光合作用和释氧的原核生物,具有遗传背景简单、固碳效率高等特点.丙酮酸铁氧化还原蛋白酶(PFOR)是丙酮酸固碳代谢的关键酶,在丙酮酸异化过程中起着重要作用.首先根据蓝藻的代谢网络,模拟敲除其中的酶PFOR,并利用通量平衡分析、通量可变性分析和多目标优化方法研究基因敲除后的代谢网络.通过研究分析,推测出酶PFOR对蓝藻光合生长速率的影响.     

古菌、细菌和真核生物纤维素酶的整体进化关系（英文）

【目的】纤维素酶在生物燃料、食品、造纸、制药和纺织工业应用广泛。许多生物都能产生纤维素酶,因此纤维素酶的进化关系非常复杂;加上人类用工程手段不断改造纤维素酶,使得纤维素酶的进化关系更加复杂化。因此,本研究对纤维素酶的整体进化关系进行大规模的系统发育和统计分析。【方法】选取来自116种古菌、1 744种细菌和556种真核生物的2 416种纤维素酶进行系统进化分析。通过计算平均成对p距离反映每个分类组中的序列差异;然后将差异分为组内差异和组间差异,从数值上反映基因的垂直转移和水平转移;最后,通过进化树展示基因转移的趋势。【结果】来自不同门、纲、目、科和属的纤维素酶,其氨基酸序列的平均成对p距离差异很大。在各个系统分类中,纤维素酶的组间差异和组内差异亦存在很大不同。大规模的系统发育分析显示,大多数纤维素酶的进化经历了不同的路径和分岔,并形成相互交织在一起的群簇。【结论】本研究从统计分析和系统发育的角度提供纤维素酶的整体进化关系,不仅包括纤维素酶基因的垂直遗传和水平转移,还包括多时间和多种属进化,展示了纤维素酶进化的全貌。统计分析不仅丰富系统发育的分析结果,还为利用生物技术设计所需要的纤维素酶提供补充信息。     

两个桂花品种花色色素相关基因的差异表达

结合桂花花青素、类胡萝卜素的含量与转录组测序检测到的花色代谢相关基因的差异表达,对品种为‘橙红丹桂’和‘早银桂’的花色变化过程进行了初步研究。结果发现:苯丙氨酸裂解酶、4-香豆酸—Co A连接酶、乙酰辅酶A合酶、查耳酮合酶、R2R3-MYB1、细胞色素P450、番茄红素ε环化酶基因的表达与花青素和类胡萝卜素含量变化相似,这两类色素代谢路径上的其他基因均在‘早银桂’中表达量较高。此外,这种现象很可能是多酚氧化酶(PPO)、细胞色素P450基因在转录因子R2R3-MYB调控下差异表达所致,并且还发现桂花类黄酮的代谢路径是从柚皮素开始转向二氢槲皮素进而在DFR、ANS催化下形成矢车菊色素。     

蓝藻信号传导系统研究进展

对编码蓝藻二元系统和真核型蛋白质激酶(STPK)的基因研究做一综述,并对它们在信号传导中的作用模式进行了讨论.蓝藻是地球上最早出现的光合自养原核生物,它们重要的生态地位,不论是作为生物资源而显示对人类有利的一面,还是因为严重发生的产毒水华而对人类社会有害的一面都吸引了越来越多的研究.在长期的生物进化过程中,它们发展了一系列独特的形态和生理代谢机制,使其能在各种不同生境中生长、繁殖和扩增.研究蓝藻信号传导途径为阐明其高度环境适应性提供理论基础.     

miR-430基因簇的生物信息学分析

很多microRNA （miRNA）基因在基因组上紧密排列形成miRNA基因簇,mir-430是目前已发现的最大miR-NA基因簇,但其起源和进化方面却是未知的.为了揭示mir-430基因簇的起源及其在相关物种的进化关系,文中基于miRNA序列同源保守的特点,采用BLAST程序在NCBI基因数据库中搜索mir-430序列,在14个物种中共搜索到35个mir-430基因序列,这14个物种都为硬骨鱼类.多序列对比发现mir-430基因簇成熟序列的第2到第8位碱基以及第16到第22位碱基为保守序列.进化分析表明七鳃鳗的pma-mir-430基因可能是此基因家族最早出现的基因形式,并且pma-mir-430e可能是其他物种mir-430基因的祖先基因.祖先基因经过个别碱基的缺失及突变、串联重复和大片段重复等方式形成了mir-430基因簇.该研究通过分析不同物种中mir-430基因簇的特征,揭示mir-430基因簇的分子进化规律,为其调控网络和功能研究提供理论基础.     

菠菜叶酸合成代谢途径基因鉴定及表达谱分析

从菠菜（Spinacia oleracea L.）基因组数据库中筛选鉴定了与菠菜叶酸合成转运,及与C1代谢相关的25个基因,并对其编码的蛋白做进化树和保守域分析,发现叶酸蛋白在进化上表现出保守型和复杂性。用实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）分析了叶酸含量不同的菠菜的叶酸相关基因表达量,发现在转录水平上只有少数叶酸基因表达量与菠菜叶酸含量有关。