《大量基因树的不一致及hemiplasy对北美柱状仙人掌的基因型的影响》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: Zhao
  • 发布时间:2017-11-27
  • 在植物支系的分类中很少有像仙人掌一类很难被区分与归类证明。部分原因可能是由于异常高水平的基因收敛性和平行进化(即趋同性)所导致的。因此,为了更好地在分子水平上肯定系统发育假说的正确性,我们对富有争议问题的鹿角柱属(Pachycereeae)部落中四种支系仙人掌进行了基因测序,其中包含墨西哥和毗邻地区的大部分大柱状仙人掌,以及索诺兰沙漠具有标志性的树形仙人掌(Carnegiea gigantea)。于是,我们在树形仙人掌中组装了一套覆盖范围广的基因组,并为三个其他种属摩天柱形(Pachycereus)、鸡冠柱型(Lophocereus)和新绿柱形(Stenocereus)以及一个更远的外群仙人掌—叶仙人掌(Pereskia)组装了一套低覆盖率的基因组。我们通过使用这些基因组来构建4,436直系同源基因序列。通过物种树推断,可以得到相一致的系统发育结果,但是其基因树的推断结果中不一致性较高:具有至少90%自举支持的基因树的37%与物种树相冲突。显然,不一致是长世代和中等有效种群大小的产物,导致大量的不完全谱系分选(ILS)。在最受支持的基因树中,物种树中58%的同源氨基酸位点的表观同质性是由于基因树与物种树结果的不一致,而不是基因树本身的平行置换所产生的,这种现象被称为“hemiplasy”。另外,高水平的基因组不一致性的发生可能会导致表型性状的表观平行性,这可能混淆对仙人掌物种关系和性状演化的理解。

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  • 《武汉植物园在仙人掌科植物--丝苇的叶绿体基因组解析和系统学研究取得进展》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:zhangyi8606
    • 发布时间:2020-10-11
    • 仙人掌科(Cactaceae)是美洲干温地区被子植物中最著名、种类最丰富的科之一。该科为单系,隶属于石竹目马齿苋亚目。在该目中,仙人掌科形成了一个单独的分支,其与土人参属、马齿苋属和Anacampseroteae科合称为ACPT分支。该分支的基部位置为土人参属,该属与由Anacampseroteae科、仙人掌科和马齿苋属组成的亚分支构成姐妹群。然而,该分支成员之间的系统学关系仍不清楚。仙人掌科植物几乎都是新大陆的特有种,只有附生植物丝苇(Rhipsalis baccifera(J.S.Muell.) Stearn)在新大陆和旧大陆都有自然分布。因此,本科中这个具有独特分布式样的物种吸引了许多研究人员的注意。然而,目前该物种在分子层面的研究还不充分,未见关于该物种叶绿体全基因组分析的报道。 中国科学院植物种质创新与特色农业重点实验室、武汉植物园东非植物区系与分类学科组首次对在肯尼亚Kasigau森林采集的丝苇完整叶绿体基因组进行了分析。 研究发现,丝苇的叶绿体基因组全长122,333 bp,包括一个大单拷贝区( LSC )( 81,459 bp ),一个小单拷贝区(SSC)( 23,531 bp )和两个均为8530 bp的反向重复区( IR )。该叶绿体基因组共包含110个基因,其中有73个蛋白质编码基因,31个tRNA基因,4个rRNA基因和2个假基因(图1)。与8种马齿苋亚目ACPT分支的物种进行比较分析,结果表明,丝苇基因组有较多的重排,在其LSC区域反常地出现了19个基因反转,就碱基数目而言,这是首次在石竹目下发现如此大规模的结构变异(图2)。在仙人掌亚科中,SSC区域中的倒位很常见,在丝苇和 Carnegiea gigantea的rbcL-trnM区域观察到了另一长6 kb的基因倒位。  该研究选取了36个石竹目下的物种,以Genlisea aurea和Tanaecium tetragonolobum为外类群,基于叶绿体全基因组数据开展了系统发育分析,结果支持ACPT分支的各科均为单系。在系统发育树中,丝苇位于仙人掌科这一分支的基部。叶绿体基因的大量的重排表明丝苇在进化过程中发生过多次突变事件。该研究为今后关于丝苇和马齿苋亚目的进化研究提供了重要的数据(图3)。 研究成果以“Complete Chloroplast Genome of Rhipsalis baccifera, the only Cactus with Natural Distribution in the Old World: Genome Rearrangement, Intron Gain and Loss, and Implications for Phylogenetic Studies” 为题,近期在国际学术期刊《Plants》上发表。这项工作得到了国家自然科学基金和中科院中-非联合研究中心的支持。该学科组的肯尼亚籍学生Millicent Akinyi Oulo和中国籍学生杨家鑫、董翔为论文共同第一作者,胡光万研究员为通讯作者,学科组多名学生参与此项研究。
  • 《结核分枝杆菌北京基因型亚型的流行及与耐药性的关系研究》

    • 来源专题:结核病防治
    • 编译者:李阳
    • 发布时间:2016-05-04
    • 分子流行病学研究证实,受环境和宿主双重因素的影响,全球不同区域流行的主要结核杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb))菌株基因型并不相同。在已发现的各种基因型中,北京基因型在全球传播的速度最快,分布也最为广泛。在我国不同地区北京基因型菌株占临床分离菌株的50%-90%。北京基因型Mtb菌株最显著的特点为基因组中差异区域RD207片段及RD105片段的缺失,且在进化过程中还会出现RDl81、RDl42和RDl50等片段的缺失。此外,IS6110插入序列的转位是北京基因型菌株的另一种进化机制。基于此,来自天津市疾病预防控制中心的研究人员通过分析Mtb北京基因型基因组NTF(noise transfer function)区插入序列IS6110,旨在揭示北京基因型在进化过程中所形成的古代株和现代株Mtb2个亚型在天津市人群中的流行情况及其与耐药表型之间的关系,其相关成果发表于《中国防痨杂志》2015年第37卷第9期。 研究人员以天津市结核病参比实验室于2012年1月至2014年2月收集的从天津市结核病患者痰标本中分离培养的816例Mtb临床分离株为分析样本,采用PCR试验分析菌株基因组中差异区域(Region of difference,RD)RD207和RD105片段是否有缺失,以鉴定是否为北京基因型;通过检测北京基因型菌株基因组NTF区中IS6110插入序列的数目,了解北京基因型菌株中古代株和现代株所占的比例,并进一步分析这两种亚型与菌株耐药表型之间的关系。其中计数资料采用卡方检验进行分析,并以P<0.05为差异有统计学意义。 研究发现,在所分析的816例临床分离株中,764株(93.63%)为北京基因型菌株,其中110株(14.40%)为古代株,654株(85.60%)为现代株,现代株中仅有1株为北京基因型W株;药敏试验显示在古代株和现代株中,异烟肼耐药菌株分别占26.36%(29/110)和10.70%(70/654)(x2=20.47,P<0.01),利福平耐药菌株分别占14.55%(16/110)和6.57%(43/654)(x2=8.40,P<0.01),乙胺丁醇耐药菌株分别占8.18%(9/110)和3.21%(21/654)(x2=6.17,P<0.05)。此外,MDR-TB患者中古代株和现代株分别占13.64%(15/110)和4.74%(31/654)(x2=13.17,P<0.01)。 综上所述,作为北京基因型Mtb的高流行地区,天津以现代株的流行为主,但现代株的一个重要分支—W型菌株并不是主要的流行株;北京基因型Mtb古代菌株与耐利福平、异烟肼等多种抗结核药物具有显著的相关性,且在耐多药菌株中古代菌株比例要显著高于现代菌株,表明古代株与耐药结核病的关系更为密切,进而提示在天津市对抗结核药物产生耐药并不是导致北京基因型在人群中广泛传播的主要原因。