文昌鱼与比较基因组学和分子发育生物学

文昌鱼是现存的与脊椎动物原始祖先最接近的无脊椎动物，长期以来一直作为研究动物进化和胚胎发育的典型材料。目前，文昌鱼的基因序列和表达模式已经被广泛用于不同物种之间的比较基因组学研究和发育同源性分析中。文昌鱼独特的进化地位和它未经复制的基因组使其在比较基因组学中有着无可比拟的优越性，通过对文昌鱼、无脊椎动物和脊椎动物的基因组之间的比较，可以揭示脊椎动物原始祖先基因组的结构和演化过程进而探索人类的起源。同时，通过对文昌鱼和其它物种发育基因表达图式的比较可以显示不同生物身体部位之间的同源关系，并可以了解发育基因是如何引起不同物种之间形态变化的。     

从文昌鱼个体发生谈脊椎动物起源

脊椎动物是从哪一类无脊椎动物进化来的？由无脊椎动物进化到脊椎动物又是怎样发生的？有关脊椎动物起源的问题一直是生物学家感兴趣的问题。这可能不仅因为脊椎动物起源代表动物进化过程中一次质的飞跃——由无脊椎骨到有脊椎骨和由无背神经索到有背神经索，而且因为有关脊椎动物起源涉及我们人类自身起源的问题。关于脊椎动物起源，目前为大多数学者接受的观点是由Ｇａｒｓｔａｎｇ（１８９４）提出的，即头索动物文昌鱼和脊椎动物亲缘关系最近，文昌鱼和脊椎动物始祖相似，也可以说文昌鱼是脊椎动物始祖的现存代表（Ｊｏｌｌｉｅ，１９８…     

海鞘与文昌鱼谁更接近脊椎动物的始祖

脊椎动物的起源是进化生物学研究的核心问题之一,目前人们普遍认为脊椎动物与无脊椎动物中的脊索动物起源于同一个原始祖先。头索动物文昌鱼和尾索动物海鞘是现存的无脊椎动物中和脊椎动物亲缘关系最近的类群,是研究胚胎发育机制和脊索动物统进化的典型材料。长期以来,文昌鱼一直被认为是脊椎动物的姊妹类群,比尾索动物海鞘更接近于脊椎动物。但最近的研究却有了相反的观点,这导致了脊索动物进化历程之争,引起人们广泛的兴趣和关注。本文介绍这两类原索动物的研究现状,并对它们的进化地位以及作为研究脊椎动物起源的模型进行了探讨。     

从无脊椎动物到脊椎动物的纽带——头索动物文昌鱼

头索动物文昌鱼是现存的最接近脊椎动物的无脊椎动物,它的形体结构简单却具有脊索动物的基本特征,而且其没有经过大规模复制的基因组结构与脊椎动物的始祖很接近。文昌鱼占据着重要的进化地位,并且长期以来在进化生物学和发育生物学等研究领城中一直作为模式动物,本文从文昌鱼的发现、形态结构、物种及分布、生活习性和胚胎发育等方面作以阐述。     

鲸类线粒体基因组特征分析及分子标记探讨

综合分析鲸类32个物种的线粒体基因组全序列,全面揭示了鲸类线粒体基因组的基本特征、蛋白质编码基因、选择压力和差异位点等.鲸类线粒体基因组均编码后生动物标准的37个基因.绝大多数鲸类线粒体基因组的基因排列顺序完全相同,而且与脊椎动物线粒体基因组的典型排列一致.4个类群(真露脊鲸属、须鲸属、原海豚属和宽吻海豚属)线粒体基因...     

活化石文昌鱼

文昌鱼是半透明的“鱼形小动物”,是动物进化过程中,从无脊椎动物进化到脊椎动物的过渡类型,被动物分类学家誉为“活化石”。     

尾索动物线粒体基因组特征比较及分子系统发育

为全面揭示尾索动物线粒体基因组的基本特征,作者系统分析了12种尾索动物的线粒体基因组全序列,尾索动物线粒体基因组所有的基因均在同一链上编码,这与脊椎动物、头索动物线粒体基因组的基因分布特征显著不同.与后生动物线粒体基因组标准的基因组成相比,尾索动物线粒体基因组存在转运 RNA基因的增加以及部分物种 atp8基因的缺失.在尾索动物线粒体基因组中发生了大规模的基因重排,即使在同属物种的线粒体基因组中,也存在主编码基因的基因重排及基因缺失.尾索动物线粒体基因组蛋白质编码基因的起始密码子、终止密码子及氨基酸长度存在明显差异.2个玻璃海鞘(Ciona intestinalis 和 C. savignyi)线粒体基因组12个蛋白质编码基因的 Ka/Ks 比值都低于1(0.0927~0.6752),显示出一定的负选择.在所有的主编码基因中, nad5基因和nad4基因的变异位点最多,可以作为备选的分子标记,用于分析尾索动物不同物种之间的生物多样性.基于线粒体基因组的系统发育分析,支持尾索动物在科级的亲缘关系为:(((柄海鞘科 Pyuridae+芋海鞘科 Styelidae)+(((三段海鞘科Polyclinidae+星骨海鞘科Didemnidae)+簇海鞘科Clavelinidae)+玻璃海鞘科Cionidae))+长纹海鞘科Ascidiidae)+海樽科Doliolidae.     

厦门文昌鱼及其保护

文昌鱼是一种珍贵海洋动物。它的形态结构特殊,既有无脊椎动物的特征,又有脊椎动物的特征。因此,被认为是无脊椎动物进化到脊椎动物的过渡类型与典型代表。人们将文昌鱼视为脊椎动物的祖先,主要是根据它的结构具有鳃裂、脊索和神经管为依据的。文昌鱼作为生物科学研究的重要对象和生物教学的宝贵材料,长期以来一直受到国内外生物学家和进化论者的高度重视。文昌鱼还是一种营养丰富、味道鲜美的海珍品,     

不同环境条件下文昌鱼耗氧的比较

文昌鱼 (ＢｒａｎｃｈｉｏｓｔｏｍａｂｅｌｃｈｅｒｉＴｓｉｎｇｔａｕｅｎｓｅＴｃｈａｎｇｅｔＫｏｏ）属于脊索动物门 (Ｃｈｏｒｄａｔａ）头索动物亚门(Ｃｅｐｈａｌｏｃｈｏｒｄａｔａ）文昌鱼科 (Ｂｒａｎｃｈｉｏｓｔｏｍｉｄａｅ）。在系统演化上 ,它是介于无脊椎动物到脊椎动物的过渡类型。据Ｃａｒｒｏｌ１９８８年认为文昌鱼是和脊椎动物亲缘关系最近的现存的无脊椎动物［９］。因此它成为了研究脊椎动物起源的珍贵材料。文昌鱼也有一定的经济价值 ,其营养丰富 ,味道鲜美。但是据方永强等１９７８年的调查结果 ,由于栖息环境改…     

文昌鱼Gcm2-like基因的进化与表达

Gcm(Glial cells missing)是含Gcm-motif的转录因子。在果蝇中,Gcm决定神经元细胞与胶质细胞的分化命运;而在哺乳动物中,Gcm基因有Gcm1和Gcm2两种形式,主要表达于非神经组织,分别参与尿囊绒膜和甲状旁腺的形成。故Gcm在无脊椎动物与脊椎动物中的功能是有差异的,但对其是怎样进化的并不清楚。文昌鱼是在进化中接近脊椎动物的无脊椎动物,是进化研究的良好模式生物。本文利用生物信息学方法鉴定出文昌鱼基因组中存在Gcm2-like基因,并对其进化与表达进行了研究。Gcm2(或Gcm2-like)基因存在于从刺胞动物到哺乳动物的各物种中,而Gcm1基因仅从两栖动物中才开始出现。无脊椎动物的Gcm2-like基因可能代表了脊椎动物Gcm1和Gcm2基因分化前的原始形式,且无脊椎动物的Gcm2-like基因可能与脊椎动物的Gcm2基因直系同源。另外,通过利用RT-PCR和原位杂交技术对文昌鱼Gcm2-like基因的表达进行了检测发现:Gcm2-like基因主要在文昌鱼的鳃、肠和肝盲囊中表达,特别是在鳃中明显高表达,支持哺乳动物甲状旁腺起源于鳃的观点。本研究为进一步揭示Gcm功能的进化奠定了基础。     

7个海星动物线粒体基因组比较及基因变异位点分析

与单基因相比,线粒体基因组是一个完整的体系,具有信息量丰富等优点,在过去的十几年间被广泛地应用于后生动物关键类群的分子系统发育和群体遗传学的研究.本论文综合分析了海星纲7个物种(多棘海盘车、赭色豆海星、多棘槭海星、砂海星、长棘海星、棘冠海星和海燕)线粒体基因组全序列,全面揭示了海星纲线粒体基因组的基本特征.海星线粒体基因组均编码后生动物线粒体基因组标准的37个基因.7个海星线粒体基因组的基因排列完全一致;与海胆纲及海参纲楯手目线粒体基因组的基因排列相比,海星线粒体基因组的基因排列存在4.6 kb长片段的倒位.长棘海星属13个线粒体蛋白质编码基因的非同义替换率(Ka)与同义替换率(Ks)比值都低于1.000 0(为0.006 0～0.221 9),显示出较强的负(纯化)选择.对海星纲线粒体基因组的基因变异位点分析结果表明,nad5、nad4基因可作为备选的分子标记,应用于海星纲群体遗传学的研究中.同时,在长棘海星属线粒体基因组变异位点分析中,nad5、nad4基因仍然可作为备选的分子标记,用于分析长棘海星不同群体及物种之间的生物多样性,为合理利用其生物资源及其生物多样性的保护提供基础资料.     

鳍足类线粒体基因的选择压力比较及进化关系探讨

鳍足类Pinnipeds是海洋哺乳动物的重要类群,现存种类包括海象科Odobenidae、海狮科Otariidae和海豹科Phocidae的所有物种。在海豹属Phoca中,atp8基因的Ka/Ks最高,仅为0.084 7(远小于1),因而海豹属所有线粒体蛋白质编码基因的选择压力均非常高。对于群海豹属Pusa,cox1、cox2和nad3基因的Ka/Ks均为0,表明在这3个基因中,所有的核苷酸的替换均为同义替换,没有出现氨基酸的改变。科内、属内基因变异位点的分析表明,nad5、nad4和nad2基因可以作为cox1和cob基因辅助的分子标记。线粒体基因组的系统发育结果,强烈支持食肉目所有12个科均为单系群,并且鳍足类(海狮科、海象科和海豹科)为食肉目Carnivora内部的一个单系群(BPM=100,BPP=100)。在鳍足类内部,海狮科与海象科亲缘关系最近,聚类为海狮总科Otarioidea,然后与海豹科聚类:(海狮科+海象科)+海豹科。在海豹科内部,线粒体基因组的证据支持将海豹科划分为2个亚科,即僧海豹亚科Monachinae和海豹亚科Phocinae。线粒体基因组的证据,强烈支持鼬科Mustelidae与浣熊科Procyonidae关系最近,臭鼬科Mephitidae与熊猫科Ailuridae近缘,同时,鳍足类与[(鼬科+浣熊科)+(臭鼬科+熊猫科)]为姊妹群,而与熊科Ursidae较远。犬科Canidae在犬型亚目Caniformia中分化较早,位于犬型亚目的基部。     

鳗鲡目鱼类线粒体蛋白质编码基因易位及系统演化关系分析

鳗鲡目鱼类线粒体基因组的基因组成较为保守,在58个线粒体基因组中,仅有3个物种存在基因数量的差异。在19个鳗鲡目鱼类线粒体基因组中存在主编码基因的重排。主编码基因的变异位点分析结果支持nad5、nad4和nad2基因作为cox1和lrRNA基因辅助的分子标记。鳗鲡科Anguillidae的20个种(亚种)聚在一起,强烈支持鳗鲡科为单系群(BPP=100)。鳗鲡科下属的3个类群(大洋洲类群、大西洋类群和印度洋-太平洋类群)也同时得到有力的验证(BPP均为100)。线鳗科Nemichthyidae和锯齿鳗科Serrivomeridae亲缘关系最近,二者聚类后,与鳗鲡科Anguillidae构成姊妹群(BPP=100)。在囊喉鱼亚目Saccopharyngoidei中,宽咽鱼科Eurypharyngidae与囊鳃鳗科Saccopharyngidae聚类(BPP=100),同时,单颌鳗科Monognathidae与月尾鳗科Cyematidae聚类(BPP=100),4个科聚在一支,支持囊喉鱼亚目为单系群(BPP=100)。在囊喉鱼亚目线粒体基因组中,3个物种(吞鳗Eurypharynx pelecanoides、拉文囊鳃鳗Saccopharynx lavenbergi和杰氏单颌鳗Monognathus jesperseni)存在主编码基因的重排。16种鳗鲡(细美体鳗Ariosoma shiroanago、短吻颈鳗Derichthys serpentinus、凯氏短尾康吉鳗Coloconger cadenati、鸭颈鳗Nessorhamphus ingolfianus、龟草鳗Thalassenchelys sp.、粗犁齿海鳗Cynoponticus ferox、百吉海鳗Muraenesox bagio、巨斑花蛇鳗Myrichthys maculosus、大吻沙蛇鳗Ophisurus macrorhynchos、几内亚副康吉鳗Paraconger notialis、哈氏异康吉鳗Heteroconger hassi、小头鸭嘴鳗Nettastoma parviceps、弱头鳗Leptocephalus sp.、斑点长犁齿鳗Hoplunnis punctata、尖吻小鸭嘴鳗Facciolella oxyrhyncha和星康吉鳗Conger myriaster),与鳗鲡目线粒体主编码基因的原始排列相比,共享nad6基因的易位。同时,基于线粒体基因组13个蛋白质编码基因构建的系统演化树,强烈支持这16个物种聚为一支(BPP=100)。然而,由此而带来的海鳗科Muraenesocidae、拟鯙科Chlopsidae和糯鳗科Congridae是否为单系群的问题,值得今后深入探究。     

棘皮动物线粒体基因组的基因重排、分子标记及系统发生分析

棘皮动物(echinoderms)是海洋生境中所特有的无脊椎动物重要类群,本文全面比较分析了棘皮动物29个物种的线粒体全基因组。线粒体基因组主编码基因的分析结果显示,海胆纲Echinoidea和海参纲Holothuroidea物种的基因排列完全相同;海星纲Asteroidea物种之间的基因排列也完全相同,然而与海胆纲、海参纲相比,存在一个长片段的倒位。海百合纲Crinoidea的栉羽星Phanogenia gracilis和花形羽枝Florometra serratissima主编码基因的基因排列完全相同,地中海海羊齿和海百合Neogymnocrinus richeri与此相比,均存在一个蛋白质编码基因(nad4L)的易位。蛇尾纲Ophiuroidea真蛇尾目Ophiurida的3个科(阳遂足科Amphiuridae、辐蛇尾科Ophiactidae和栉蛇尾科Ophiocomidae)主编码基因的基因排列完全相同,而同属于真蛇尾目,另外一个科(真蛇尾科Ophiuridae)的白色真蛇尾Ophiura albida和灰色真蛇尾Ophiura lutkeni,与同目的前3个科相比,存在3个蛋白质编码基因(nad1、nad2和cob)的倒位。蛇尾纲蔓蛇尾目Euryalida的海盘Astrospartus mediterraneus,与真蛇尾目5个线粒体基因组相比,存在主编码基因的重排。棘皮动物线粒体单基因的变异位点特征显示,nad5、nad4和nad2基因是理想的分子标记基因。基于29个线粒体基因组的氨基酸序列,通过两种方法(邻接法和最大似然法)所构建系统发生树的拓扑结构完全一致。支持其下分的5个纲(蛇尾纲、海参纲、海胆纲、海星纲和海百合纲)均为单系群。线粒体基因组的数据支持棘皮动物动物在纲层次的亲缘关系为:(((海胆纲+海星纲)+海参纲)+蛇尾纲)+海百合纲,海百合纲作为棘皮动物中最为古老的类群,位于系统发生树的根部。基于线粒体基因组构建的系统发生树,支持所有的科均为单系群;综合系统发生树及主编码基因的基因重排分析,均支持真蛇尾目并非单系发生,真蛇尾目的有效性还值得今后深入研究。     

8种石首鱼类线粒体基因组特征及分子系统进化分析

为探讨石首鱼科(Sciaenidae)鱼类分子系统进化关系,采用生物信息学方法分析了黑鳃梅童鱼(Collichthys niveatus)、棘头梅童鱼(C.lucidus)、大黄鱼(Larimichthys crocea)、小黄鱼(L.polyactis)、鮸鱼(Miichthys miiuy)、白姑鱼(Pennahia argentata)、黄姑鱼(Nibea albiflora)和皮氏叫姑鱼(Johnius belangerii)共8种石首鱼类线粒体基因组全序列的基本特征。结果显示,除皮氏叫姑鱼外,其余7种石首鱼类编码的37个基因排列顺序与脊椎动物线粒体基因组相同。基因组碱基分布存在不均衡现象,A+T含量高于G+C含量。线粒体基因组的基因变异位点分析结果表明,ND4和ND5基因可作为COI基因的辅助分子标记,应用于石首鱼类群体遗传学的研究中。黄鱼亚科5种鱼类13个蛋白质编码基因的Ka/Ks比值远低于1,显示出较强的纯化选择。皮氏叫姑鱼与其他石首鱼间的遗传距离均较大且亲缘关系较远,暗示叫姑鱼属或为石首鱼类中较为原始的类群。基于线粒体基因组全序列构建NJ系统树支持黄鱼亚科和白姑鱼亚科亲缘关系较近的形态学结论。而基于去除控制区后序列和13个蛋白质编码基因序列构建的系统树则表明两亚科鱼类间的差别在非编码区更为明显。     

单环刺螠线粒体基因组全序列的获得——长PCR 结合鸟枪法测序

由于具有单基因所不可比拟的优势,线粒体基因组现已成为后生动物种群遗传和分子系统发育研究中一个重要的信息来源。本研究选取螠虫动物的代表物种——单环刺螠(Urechis unicinctus),详细阐述了利用长PCR方法扩增其线粒体DNA,获得约15 kb的扩增产物,进而构建shotgun文库,最终成功获得单环刺螠线粒体基因组全序列的流程。本实验流程样品需求量少、设备要求低、简便快捷。     

日本鼓虾与鲜明鼓虾线粒体基因组全序列的分析比较

首先通过基因组DNA的提取、通用引物PCR扩增和长PCR扩增,从而获得日本鼓虾(Alpheus japonicus)的线粒体DNA;应用鸟枪法和引物步移法测序,获得了日本鼓虾的线粒体基因组全序列。结合GenBank线粒体基因组数据库中鲜明鼓虾(A.distinguendus)的线粒体基因组,比较分析了鼓虾线粒体基因组的基本特征、基因排列、蛋白质编码基因、选择压力和差异位点等。研究结果表明,在日本鼓虾线粒体基因组中共存在9对基因的重叠。日本鼓虾线粒体基因组全长16 487 bp,较鲜明鼓虾线粒体基因组(15 700 bp)长,主要是由于最大非编码区的长度存在差异。日本鼓虾与鲜明鼓虾线粒体基因组均编码37个基因,且37个基因的基因排列完全一致;与泛甲壳动物线粒体基因组的原始排列相比,仅出现1个转运RNA基因(trnE)的易位和倒位。2个鼓虾线粒体基因组蛋白质编码基因的起始密码子和终止密码子存在差异。除了cob基因外,其余12个蛋白质编码基因所编码氨基酸的数目均完全相同。鼓虾线粒体基因组13个线粒体蛋白质编码基因的Ka/Ks比值都远远低于1,显示出较强的负选择。在15个主编码基因中,nad5基因的变异位点数最多,其次是nad4基因和lrRNA基因。因此,nad5,nad4和lrRNA基因可以作为备选的分子标记,用于分析鼓虾不同物种和群体之间的生物多样性。