基于生物学物种定义探讨物种形成理论与验证的研究进展

物种形成是进化生物学研究的一个永恒主题, 由于生物群体进化是连续和动态的, 物种界限变得难于界定。本文首先讨论了3种地理物种形成模式(同域、邻域及异域), 并分析了近期报道的研究证据。其次, 评述了合子后生殖隔离机制的分子遗传基础和应用群体基因组数据分析的证据, 包括BDMI模型(Bateson-Dobzhansky-Muller incompatibility)、QTLs (quantitative trait loci)、霍尔丹法则及大X染色体效应。最后, 探讨了交配系统作为合子前隔离机制之一与物种形成的关系, 认为近交或自交通过扩大种群遗传结构分化, 增强不同交配系统的种群间不对称基因渐渗, 或种群间无基因渐渗等途径, 促进新物种形成。已知植物交配系统的演化更倾向于从异交(或自交不亲和)向自交(或近交亲和)方式, 花性状和基因组的分化推动形成所谓的自交综合征, 研究交配系统驱动或强化物种形成模式对认识植物物种形成机制有重要意义。     

物种形成基因及其功能

什么是物种?新物种是如何形成的？这些问题是生命科学研究的重大问题.物种的形成是在生殖隔离的基础上某些新的生物学性状的形成和保留,是生物进化的最基本过程,其实质是基因结构突变的积累与功能的分化. 地理隔离使群体中的基因不能交流,基因突变也会影响个体间交配趣向,从而造成交配隔离或者交配后杂合体的基因组不亲和、杂交不育甚至杂交不活,使不同的群体逐渐分化为新物种. 随着分子生物学与基因组学的飞速发展,进化生物学家已经发现一些与物种形成有关的基因-物种形成基因（speciation genes）,鉴定并了解这些基因的功能,不仅能使我们在分子水平上理解新物种形成的实质和规律、而且对于我们突破种间屏障进行远缘杂交育种也有重要的理论指导意义.本文综述了目前对几个物种形成基因及其功能的研究进展,为该领域的进一步研究提供资料.     

植物边缘种群遗传多样性研究进展

边缘种群指地理分布边缘可检测到的一定数量的同种个体集合,准确评价其遗传多样性对于理解第四纪冰期后气候变化对物种边缘扩展或收缩、遗传资源保护与利用以及物种形成等有重要意义。该文探讨了维持植物边缘种群遗传多样性的进化机制,分析交配系统对物种边缘及其遗传多样性的影响,比较了边缘与中心种群遗传多样性的差异及其形成的生态与进化过程,并探讨了边缘种群遗传多样性与其所在的群落物种多样性的关系及理论基础。该文提出今后研究的重点是应用全基因组序列或转录组基因序列研究前缘-后缘种群之间或边缘-中心种群之间的适应性差异,边缘种群与所在群落其他物种之间相互作用的分子机制,深入解析边缘种群对环境的适应及边缘种群遗传多样性与群落物种多样性关系的生态与进化过程。     

植物边缘种群遗传多样性研究进展

边缘种群指地理分布边缘可检测到的一定数量的同种个体集合, 准确评价其遗传多样性对于理解第四纪冰期后气候变化对物种边缘扩展或收缩、遗传资源保护与利用以及物种形成等有重要意义。该文探讨了维持植物边缘种群遗传多样性的进化机制, 分析交配系统对物种边缘及其遗传多样性的影响, 比较了边缘与中心种群遗传多样性的差异及其形成的生态与进化过程, 并探讨了边缘种群遗传多样性与其所在的群落物种多样性的关系及理论基础。该文提出今后研究的重点是应用全基因组序列或转录组基因序列研究前缘-后缘种群之间或边缘-中心种群之间的适应性差异, 边缘种群与所在群落其他物种之间相互作用的分子机制, 深入解析边缘种群对环境的适应及边缘种群遗传多样性与群落物种多样性关系的生态与进化过程。     

叶绿体DNA标记在谱系地理学中的应用研究进展

谱系地理学研究旨在探究历史上发生的影响目前遗传谱系系统发育和空间分布格局关系的生态与进化过程。叶绿体DNA具有单亲遗传、低突变率、单倍体等特征, 其分子标记不同程度地保留着植物长期进化的历史遗传痕迹, 有助于深度解析谱系地理变异的形成机制。本文探讨了上述特征是怎样影响分子标记的选择、扩大或缩小群体遗传结构分化、延长或缩短空间基因溯祖时间、促进或阻碍种间基因渐渗及谱系分选(复系、并系和单系形成)进程, 重点阐述了这些影响过程的理论基础, 并结合实际例子阐述谱系地理研究进展。由于位点间在突变率、选择强度及它们与漂变互作等方面存在异质性, 今后一个研究重点就是基于叶绿体全基因组序列分析谱系地理变化格局, 包括分析DNA位点间的基因渐渗或基因流动程度差异分布及沿着叶绿体DNA序列上谱系分选差异分布。     

植物物种形成的模式与机制

物种形成是指由已有的物种通过各种进化机制进化出新物种的过程。持续不断的物种形成产生了地球上灿烂的生物物种多样性。然而,研究人员对物种形成的模式与机制的了解却非常有限。一直以来,谱系分裂被认为是最重要的物种形成模式,但在植物中,谱系融合,即通过杂交形成新物种的过程,也是一个非常重要的物种形成模式。经过几十年的研究才逐渐认识到,生殖隔离是差异适应和遗传漂变的副产品,而不是物种形成的前提。相比合子形成后隔离,合子形成前的隔离在物种形成过程中更早地发挥作用。合子形成前的隔离,尤其是生态地理的隔离是植物中最重要的隔离机制。一些基于QTLs分析的研究发现,基因组中的少数主效位点在物种形成中起了关键作用,并且这些位点往往受到自然选择的作用。适应性辐射往往发生在隆起的山脉和新形成的岛屿上,很可能与这些地方能够提供很多可利用的生态位有关。最新的物种形成理论认为,基因是物种形成的基本单位,不同的物种可以在非控制物种差异适应性状的位点上存在基因流。这一观点为植物物种形成的研究提供了新的思路。随着植物物种形成研究的深入,越来越多植物物种形成基因被分离,包括花色素苷合成通路和S-基因座上的一些关键基因,揭示了植物物种形成的分子机制。前期的研究主要集中在模式植物和农作物上,许多生态上非常有趣的非模式植物还未得到广泛的研究。在未来的研究中,还需要更多来自非模式植物的例子以全面理解植物物种形成的多样化机制。     

生态物种形成及其研究进展

物种形成是基本的进化过程, 也是生物多样性形成的基础。自然选择可以导致新物种的产生。生态物种形成是指以生态为基础的歧化选择使不同群体分化产生生殖隔离的物种形成过程。本文首先回顾了生态物种形成的研究历史, 并详细介绍了生态物种形成的3个要素, 即歧化选择的来源、生殖隔离的形式以及关联歧化选择与生殖隔离的遗传机制。歧化选择的来源主要包括不同的环境或生态位、不同形式的性选择, 以及群体间的相互作用。生殖隔离的形式多种多样, 我们总结了合子前和合子后隔离的遗传学机制以及在生态物种形成中起到的作用。控制适应性性状的基因与导致生殖隔离的基因可以通过基因多效性或连锁不平衡相互关联起来。借助于第二代测序技术, 研究者可以对生态物种形成的遗传学与基因组学基础进行研究。此外, 本文还总结了生态物种形成领域最新的研究进展, 包括平行进化的全基因组基础, 以及基因流影响群体分化的理论基础。通过归纳比较由下至上和由上至下这两种不同的研究思路, 作者认为这两种思路的结合可以为生态物种形成基因的筛选提供更有力也更精确的方法。同时, 作者还提出生态物种形成的研究应该基于更好的表型描述以及更完整的基因组信息, 研究的物种也应该具有更广泛的代表性。     

《水稻分子生态栽培学》书评

正《水稻分子生态栽培学》的出版.无疑对学术界同行是件好事.本书作者率先应用现代生物学理论与技术,研究作物栽培学科学问题.从水稻细胞质类型和核质互作角度研究了杂交水稻性状表达的遗传生态特性及其栽培调控策略,很好地回答了学术界争论的焦点问题;利用数量遗传方法构建了遗传群体,系统研究了水稻产量及其构成因素表现的遗传生态特性,并运用差异蛋白组学技术研     

GTP酶Ran在细胞核运输、核分裂与重建中的作用

小分子的单体G蛋白Ran具有鸟苷三磷酸酶活性,其结合形式Ran-GTP作为区分间期细胞的核质和胞质的一个分子标记,并参与调控核质运输、指导纺锤体形成以及引导核膜解体与装配。现就Ran在真核细胞核质运输、有丝分裂纺锤体组装与核膜动力学中的功能作一综述。     

协同物种形成及其生物学意义

自达尔文与华莱士以来的每位生物学家都承认种间生态学作用对进化的意义。1964年,埃利希和雷文提出了协同进化理论。它反映了生态学相关的不同物种之间的相互作用引起的相互进化。这一理论引起了研究者的广泛重视。近年来,随着进化生态研究的深入发展,学者们对进化过程的生态机制以及生态特性与生态关系进化规律、种间生态学作用引起的物种形成有了进一步的认识。本文仅从协同物种形成的概念出发,对协同物种形成的生态机制以及生物学意义作一简要概述。协同物种形成的概念进化在本质上是一种生态过程,是生物与环境、生物与生物之间相互作用的结果。种群分化的生态机制和物种形成的本质在于对生存条件的逐步适应。按照协同进化理论,物种间的相互作用引起的协同适应     

国家自然科学基金委员会生命科学部2013年度创新研究群体项目

项目名称 病毒与宿主相互作用的分子机理 基因组中新遗传结构的起源与动物的适应进化 脂稳态和脂滴生物学 棉花-害虫-天敌的互作机制     

香菇自然群体中个体间的空间分布及其遗传联系

应用体细胞不亲和性反应、交配型因子分析和基因组DNA的RAPD分析,研究了一个分布于方圆约1km的6根倒木上的18个香菇野生菌株间的遗传差异。结果表明,该群体大多数菌株间配对（80．4％）体细胞不亲和,而同一倒木菌株间配对的体细胞亲和率达62．5％。不同倒木菌株间未发现体细胞亲和的配对。该群体存在11个特异的A因子和7个特异的B因子。同一倒木的菌株有的交配型因子相同,有的则不同。不同倒木的菌株大多数交配型因子不同,未发现交配型因子完全相同的菌株。RAPD分析显示,体细胞亲和的菌株,交配型因子完全相同的菌株,在基于DNA相似系数的遗传相关聚类中,首先聚为小类。总起来看,在自然群体中,香菇个体间的遗传差异与其空间分布之间存在一定的联系,随着空间距离的增大,菌株间的异质性相应增高。     

东方粘虫(Pseudaletia separata(Walker))微卫星富集文库的构建与分析

根据生物素与链亲和素的强亲和性原理,用包被链亲和素的磁珠亲和捕捉与生物素标记的微卫星寡核苷酸探针(CA)15、(GA)15、(GTT)12、(GAT)12、(TAGA)8 和 (GTGA)8退火结合的含接头和微卫星序列的单链粘虫基因组DNA限制性酶切片段,获得单链目的片段.经PCR扩增形成双链后连接到pGEM-T 载体上,再转化到DH5α热感受态细胞中,首次成功构建粘虫基因组微卫星富集文库.随机抽样(16次抽样,每库共12～114个克隆)测序发现,6个文库总的微卫星阳性克隆率30.07%,CA/GAT/GTT 等3个文库的阳性克隆率达到40%以上.单次抽样最高阳性克隆率达到56%.粘虫微卫星富集文库的建立和高多态性微卫星单拷贝位点的筛选将为粘虫的生态遗传学研究、连锁图谱构建、分子进化和系统发育研究等提供大量遗传标记,对昆虫迁飞的分子生态研究也有重大意义.     

荧光原位杂交技术在植物多倍体起源与进化研究中的应用

多倍化是植物物种形成与多样化的重要原动力。研究植物特别是一些重要经济作物和园艺植物多倍体的起源与进化,不仅对于揭示多倍体形成过程中性状变异的分子机制具有重要意义,而且可为植物遗传资源的保护与利用提供理论和技术支持。作为连接基因组序列片段到染色体组的桥梁,荧光原位杂交技术长期被广泛用来研究多倍体形成与进化过程中相关特异基因或序列的表达定位、外源染色体检测和鉴定、基因组结构变异等科学问题。因此,在简单介绍荧光原位杂交技术发展历史和植物多倍体主要类型的基础上,主要总结了荧光原位杂交技术在植物多倍体起源与进化相关研究上的应用。     

香菇自然群体中个体间的空间分布及其遗传联系*

应用体细胞不亲和性反应、交配型因子分析和基因组ＤＮＡ的ＲＡＰＤ分析,研究了一个分布于方圆约１ｋｍ的６根倒木上的１８个香菇野生菌株间的遗传差异。结果表明,该群体大多数菌株间配对（８０．４％）体细胞不亲和,而同一倒木菌株间配对的体细胞亲和率达 ６２．５％。不同倒木菌株间未发现体细胞亲和的配对。该群体存在 １１个特异的Ａ因子和７个特异的Ｂ因子。同一倒木的菌株有的交配型因子相同,有的则不同。不同倒木的菌株大多数交配型因子不同,未发现交配型因子完全相同的菌株。ＲＡＰＤ分析显示,体细胞亲和的菌株,交配型因子完全相同的菌株,在基于ＤＮＡ相似系数的遗传相关聚类中,首先聚为小类。总起来看,在自然群体中,香菇个体间的遗传差异与其空间分布之间存在一定的联系,随着空间距离的增大,菌株间的异质性相应增高。     

植物繁育系统研究的最新进展和评述

 植物繁育系统是当今进化生物学研究中最为活跃的领域。繁育系统是指代表所有影响后代遗传组成的有性特征的总和,主要包括花形态特征、花的开放式样、花各部位的寿命、传粉者种类和频率、自交亲和程度和交配系统,其中交配系统是核心。我们重点综述了植物 有性繁育系统研究中1）传粉模式的多样性,2）从历史发生角度利用系统发育方法检验花性状的演化和繁育系统的生态转变过程,3）近交衰退对植物生殖史的影响及其机制和4）混和交配系统的时空动态、维持机理以及进化趋势的最新研究结果。总结了繁育系统在研究花适应性、物种形成机制和濒危植物     

细胞与分子进化开放研究实验室

本实验室以真核生物细胞核,特别是染色体,包括其结构和组成的起源、进化及其和物种形成的关系为研究方向,进而探讨分子进化、核型进化、表型进化的相互关系。近期鼓励下述内容的研究:①真核细胞的起源及其早期进化的研究,侧重于染色体和核骨架方面;②中国特有动物类群的细胞进化与分子进化研究;③细胞与分子进化中的若干理论生物学问题,着重于生物进化的非线性过程。     

辣椒雄性核不育基因的遗传研究及其在杂交育种中的应用

辣椒(Capsicum annuum L.)雄性核不育和核-质互作型不育类型已在杂交种的选配中得到应用。核不育类型由细胞核内的基因控制,而核-质互作型雄性不育则由细胞核和细胞质内的基因共同控制。综述了辣椒雄性不育的遗传及其杂交育种的研究进展,包括辣椒连锁遗传图谱的构建、核基因的定位、连锁分子标记的发展,为深入研究辣椒雄性不育的遗传机理及基因克隆提供参考。     

微生物融合重组子的鉴定——DNA分子检测技术

融合子是双亲融合的产物,必然带有双亲的分子标记,因此ＤＮＡ水平上的分子标记是鉴别融合子最可靠的指标。生物群体中等位基因的差异导致遗传多样性,它形成的分子基础是基因组ＤＮＡ序列变异。在生物基因组中,还存在大量不编码ＤＮＡ序列,它们是中性的,在进化过程中...     

植物细胞器间遗传信息转移

真核生物细胞质中有多种执行特定功能的细胞器, 其中线粒体和质体含有独立的基因组, 但细胞器的遗传信息储量有限, 其多数结构和功能蛋白质仍然由核基因组编码.来自植物的相关研究表明, 细胞核与细胞器间不仅在功能上相互依存, 而且遗传信息分子能跨越生物膜屏障, 在细胞核与细胞器间及不同的细胞器间进行传递, 并由此可以引起部分遗传信息在细胞内定位及基因表达等方面的相应改变.细胞器间遗传信息转移机制的研究将为深入认识核质相互作用及真核生物的进化提供重要的线索.