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呼吸道合胞病毒基因分型历程
muyonglin 2015-11-16 10:27
呼吸道合胞病毒的基因分型始于1998年的一篇文章【1】。在此文章发表之前人们关于呼吸道合胞病毒种内的分类主要根据对抗体的不同反应分为A和B两大族。同时随着测序技术的进步,90年代前期已有许多关于呼吸道合胞各个基因的序列及毒株间差异的报道,基本上从各个基因上都能将呼吸道合胞病毒分为A和B两个大族。在此基础上该文章的作者选取G基因末端的第二个高变异区域作为PCR和测序的目标区域,对1990到1995五年间纽约罗彻斯特大学医疗中心分离出的呼吸道合胞病毒毒株进行测序,从204条测序结果中得到67条独特序列,并依据最大似然法构建了进化树。在此基础上,作者将进化树上出现的各个单支系分别作为一个基因型,同时将各个基因型内部相似性大于0.96的一组序列定位一个亚型。然后,作者通过分析在其制定的基因型标准下HRSV流行毒株在五年间的交替的意义将HRSV的交替流行与抗原对G蛋白的反应性及HRSV致病能力联系起来。同时对全球HRSV的流行模式提出了看法,认为HRSV的传播是全球的,但不同区域的HRSV的免疫原性不同是当地人的免疫系统选择的结果。 在此文章发表之前和之后均有HRSV基因序列差异相关的文章发表,但此文章首次将HRSV A族和B族内部的序列再细分为不同的基因型。在2000年又有一篇文章【2】扩大了这个分类系统。在此研究中,研究人员选取了北美5座城市从1994年11月到1995年4月间的幼儿呼吸道样本作为毒株来源,培养了220株毒株并测定G蛋白C末端的270bp核苷酸的序列,得到78条独特序列。作者将同时期及之前文章中报道的序列与自己的合并做系统发育分析,将98年所建立的分型系统中的GA3分为GA3,GA6,GA7 三个基因型(根据树的拓扑结构发现GA3可由三个单系群组成)。然后根据新分的基因型分析5个地区HRSV 的流行特点,发现5个地区均出现很多重复序列,可能是由于序列太短的原因。这篇文章的着眼点依然是通过基因型分析HRSV 在不同地区流行的规律,从而找出G 基因在不同基因型间的流转与病人疾病的关系,本文和前文都提出病毒基因型的改变会使毒株避开以前感染的毒株所引发的免疫反应。本文中作者尝试了不同的进化树构建方法(Mp,distance,ML)最终在文章中展示了MP树的结果(经过 Kishino-Hasegawa 检测的最优结果)。 在1998年另外有一篇关于HRSV流行情况的文章【3】。该文收集了来自Alabama医院的的呼吸道样品培养物中HRSV阳性的部分,用RT-PCR加电泳的方法鉴别毒株的族别(A或B),然后对RT-PCR产物进行限制酶切分析,同时对部分阳性毒株用另一对引物测了G蛋白C末端的核苷酸序列,将测序结果与以前上传到Genbank上的HRSV G蛋白序列一起进行了进化分析。本文并没有对进化结果提出深入分析或建立标准。 2001年一篇短通信报道了从南非发现的HRSV毒株G蛋白C末端序列不能归入前两篇文章所提出的基因型系统中【4】。本文中作者收集了南非索韦托一家医院从1997年到2000年间搜集的HRSV NPA样本并选取了225个HRSV阳性样本进行了RT-PCR及测序。然后将测得的序列与Genbak中的序列一块儿作(MP,distance,ML,Me)树,然后依据 Kishino–Hasegawa test选择最优的树,结果为MP树。通过对树拓扑结构的分析,作者依据bootstrap值大于70的单系群发现了与已知亚型不同的新亚型。在对多重比对结果进行进化距离分析后,作者又加入一条标准为,进化距离大于0.07.根据这个标准作者鉴定了四个新基因型,并认为需要一个标准来对HRSV进行分型。本文主要在于对HRSV的分型标准的讨论及新基因型的介绍,没有深入讨论HRSV的流行趋势及毒株交替。 2005年在发表的一篇短通信报道了在乌拉圭发现的HRSV新基因型【5】。本文作者依据前述文章提出的系统对乌拉圭发现的HRSV的G蛋白C末端进行了测序。然后与前述序列一起进行多重比对并做MP进化树。发现部分序列无法与归入已报道的基因型,其后作者根据两个标准(1,序列聚类在一起并且 bootstrap 值大于70%。 2, 同一群内序列间差异小于0.07)将在乌拉圭的序列划出了两个新基因型URU1和URU2.同时作者报道了在其序列中发现了6bp重复,与NA型中的60bp重复进行了类比。 2005年日本学者发表了一文章报道了日本两个城市Sapporo和Tokyo 从1980到2002年的HRSV流行情况【6】。本文作者对1980到2002年间从儿童呼吸道样本中分离得到的在Hep-2细胞中传代的HRSV毒株进行了分析。首先用ELISA或RT-PCR将各毒株分为A 和B 两组。然后对测取了A族HRSV C末端的194碱基以及B族HRSV C末端的252碱基的序列。然后将获得的序列与Genbank上已有的来自前述研究的参考序列一起做NJ进化树,同时对进化分析结果进行了分析,可能由于分析的序列长度太短,所得的进化树的bootstrap 支持度不高。同时作者依据他提出的基因型标准(1,群内含有来自不同城市的几条序列。 2,群内不含前面研究中已确定基因型的序列)分出了两个新基因型。同时作者发现有许多从测出的序列并不能归入任何已知的基因型,也不能划为新型。在对测得序列的蛋白进行分析时,作者也发现了位于B族G 基因中的60bp重复序列。作者还对HRSV病毒株的时间分布和地理分布的情形进行了论述,认为日本的HRSV流行既有日本本身的时间及地理特点,也收到全球HRSV进化的影响。 2006年阿根廷的一个人类疾病监测项目在03研究的基础上发表了一篇主要关于HRSV进化趋势的文章【7】。从99年开始,阿根廷的这个监测项目陆续发现了以写HRSV安然样品在RT-PCR监测中会出现电泳迁移率变慢的G蛋白条带。对这些条带进行测序后发现,迁移率慢的HRSV G蛋白扩增片段含有一段60bp的重复序列,对含有重复序列的样本进行G基因全长测序后,发现他们都具有非常相似的序列,相似度在97%以上,与以前发表的HRSV分型参考序列一块儿分析时发现他们测得的序列和全球各处报道的拥有相似60bp重复的序列均聚集在一个新的基因型中,因此该文章推测所有的重复序列有共同的祖先,然后通过对两个重复片段间差异的分析发现,越早发现的序列二者之间差异越小。作者对布宜诺斯艾利斯发现的含重复序列的全长进行分析后发现,这些序列可以形成不同的依时间变化的亚型。作者又对不同G基因全长不同区域的变异性进行了分析,发现前一个重复区段的变异最大。依据差异分析及含重复序列在全球的分布作者认为新发现型内的各亚型是病毒随时间进化的结果。作者认为这一60bp重复为我们提供了一个了解HRSV病毒进化过程的天然标签,该区域的变化能反应HRSV病毒的进化历程。 2010年日本有人发表了一篇关于HRSV流行趋势及病毒基因分型的短通讯【8】。从上述的60bp重复株组成的BA亚型中又分出了四个新的基因型即BA7-10。在该文章中作者对2002年到2010年间日本 Niigata地区的呼吸道样本进行了检测,对HRSV阳性样本进行了HRSV G基因C末端序列的测定。通过测得的含60bp重复序列与已有序列的比较发现新出现的序列与原来的BA型序列不能聚类在一起,而且测得的序列按年份聚类。由于bootstrap值不高且序列间相似度很大,我不太支持他们的分类观点。 除了以上的研究之外,还有一些关于HRSV分型的研究提出了新的HRSV基因型。但是由于没有一定的标准,新基因型的确立十分随意。 2013.11.14 完稿。 【1】Peret TCT, Hall CB, Schnabel KC, Golub JA, Anderson LJ. Circulation :patterns of genetically distinct group A and B strains of human respiratory syncytial virus in a community. J Gen Virol1998;79:2221–9 【2】 Peret TC, Hall CB, Hammond GW,Piedra PA, Storch GA, Sullender WM, Tsou C, Anderson LJ: Circulation patternsof group A and B human respiratory syncytial virus genotypes in 5 communitiesin North America. J Infect Dis 2000, 181:1891-1896 【3】 Coggins WB, Lefkowitz EJ, SullenderWM: Genetic variability among group A and group B respiratory syncytial virusesin a children's hospital. J Clin Microbiol 1998, 36:3552-3557 【4】 Venter M, Madhi SA, Tiemessen CT,Schoub BD: Genetic diversity and molecular epidemiology of respiratorysyncytial virus over four consecutive seasons in South Africa: identificationof new subgroup A and B genotypes. J Gen Virol 2001, 82:2117-2124 【5】 Blanc A, Delfraro A, Frabasile S,Arbiza J: Genotypes of respiratory syncytial virus group B identified inUruguay. Arch Virol 2005, 150:603-609 【6】 Kuroiwa Y, Nagai K, Okita L, Yui I,Kase T, Nakayama T, Tsutsumi H: A phylogenetic study of human respiratorysyncytial viruses group A and B strains isolated in two cities in Japan from1980-2002. J Med Virol 2005, 76:241-247 【7】 Trento, A., et al., Naturalhistory of human respiratory syncytial virus inferred from phylogeneticanalysis of the attachment (G) glycoprotein with a 60-nucleotide duplication.J Virol, 2006. 80(2): p. 975-84. 【8】Dapat, I.C., et al., Newgenotypes within respiratory syncytial virus group B genotype BA in Niigata,Japan. J Clin Microbiol, 2010. 48(9):p. 3423-7
个人分类: 完成工作|4599 次阅读|0 个评论
随想(外​行):转基因
热度 3 zlyang 2013-7-24 13:10
随想( 外行 ):转基因 (1)【转基因研究】和【转基因主粮】,是两件事情。不能混淆。 (2)转基因后,转入基因是否会和原有其它基因发生联合作用,从而出现新的不预期的宏观表现? (3)表现型 = 基因型 + 环境。 环境的影响,怎样合理实验?不同环境下的转入基因是怎样表现的? (4)转基因是否促进了有害生物的进化? 寿命短的生物,进化快。人的寿命长,进化慢。 (5)转基因对其它物种的影响。 是否会通过花粉等生殖细胞影响到其它生物?如传统的“嫁接”,会有砧木或台木性质的作用。 (6)转基因主粮,无论转入什么基因,都应该进行10~20代或更长时间的生物毒性试验。 空口无凭,空谈误粮。 (7)转基因试验与种植作物的严格隔离,如设置数千米的隔离带。 (8)有没有“变种人基因”,使我们像金刚狼(Wolverine)一样壮实?我们就不生病了。 请您批评与补充! http://www.smh.com.au/entertainment/fangs-a-lot--wolverine-film-delivers-1700-jobs-20121113-29agk.html 附录: 武际可 ,2013-7-23,《门外汉谈转基因》, http://blog.sciencenet.cn/blog-39472-710522.html 时下,转基因问题争论得很热闹。尽管争论的双方谁也没有说服对方,可是主管方面已经付诸政策,对有些转基因粮食品种大田种植开了绿灯,并且允许外国的转基因产品大量进口。似乎一切已有定论,有的专家说,反对转基因就像是清末的保守势力禁止火车,也有的 说反对转基因是一种民粹主义,还有的说,反对转基因拿不出事实,转基因已经推广了17年,证明是无害的。等等,不一而足。还有一种说法,说转基因是十分现代的和科学的东东,应当请专家发言,一般老百姓似乎插不上嘴。 不过,作为一个门外汉,还是要饶舌几句。 专家们说,转基因是一种基因工程,通过对植物的遗传基因DNA动手术嫁接出现的新品种。其实是和人工大田花粉杂交是一个道理。既然花粉杂交已经很普遍而且没有害,那么对转基因也应当是信得过的。 问题是,花粉杂交只有相近的品种才有可能成功,而转基因可以使完全不同品种之间的基因交叉。这固然为育种打开了广阔的天地,可是也带来了危险。因为它也是一把双刃剑。可以想象,使作物产出土豆加牛肉和西红柿的味道,岂不美妙,可是也可能把土豆和断魂草 的基因转在一起去祸害人。 所以,问题不能提得那样笼统,把人们分为转基因的拥护派和反对派。我是拥护某些转基因的,但是对于那种毒害害虫的转基因就很不放心。据说这种转基因作物,害虫吃了会使消化器官烂掉而死亡。对于把这种基因置于棉花之类的经济作物中,大概人们是可以接受的 ,但是要是把它植入粮食作物中就需要特别小心了。 另外,有一种抗除草剂的基因也是当前推广的较多的。人们担心它会不会破坏生态,与野草杂交生成更为顽固难除的杂草。 所以, 究竟转了什么样的基因,才是问题的关键 。你光在产品上标注一个转基因,就要大家接受,未免太大而化之了。所以一股脑儿禁止转基因是没有道理的,不过对转基因食品一股脑儿开放,似乎也有点不够慎重。例如对于小麦的矮杆、抗倒伏、抗锈病的转基因推广 未尝不可,但对于玉米的抗钻心虫病的转基因品种就需要十分小心了,人们会问,是不是害虫吃了它会烂掉。 还有,有的专家振振有词地说,已经17年了,没有发现不良反应。这其实是不能服人的。日本水俣病是由于海水汞污染造成的,从1932年有关工厂开始向海内排污,到1956年发现病人,直到2004年病人才胜诉。其间经过了70年。 其实,我们目前对转基因的检测手段远没有对水俣病那样有利。例如,拿到一批种子,要检测它是不是转基因的种子,就有一定的困难,更何况要了解它是转了何种基因就更加困难了。而检测水俣病在技术上就没有这种困难。 还应当提醒的是,一旦一种转基因作物推广了,那么标志和不标志就没有太大的意义了。因为这种转基因作物普遍种植的情况下,同类非转基因的作物就会经过虫媒或风媒与之杂交,结果就很难有纯种的非转基因作物了。所以推广的这个过程是不可逆的,一定要十分慎 重。 最后,转基因种子的经济利益是巨大的,是非常诱人的。美国的孟山都公司垄断了世界大约90%的转基因种子。在利益的诱惑下,会不会对实验数据的公正性产生扭曲,例如出资大力扶植有利于转基因有利方面的研究,而对负面研究不予支持。这样说,对孟山都公司有 点不敬,不过联想1962年美国女生物学家雷切尔·卡森写的《寂静的春天》一书,该书第一次揭示使用杀虫剂DDT对环境和人类健康造成的危害。而财大气粗的生产杀虫剂的孟山都化学公司模仿卡逊的《寂静的春天》,出版了一本小册子《荒凉的年代》,与之对抗,分发 五千册。该书叙述了化学杀虫剂如何使美国和全世界大大地减少了疟疾、黄热病、睡眠病和伤寒等病症,并详细描绘由于杀虫剂被禁止使用,各类昆虫大肆猖獗,人们疾病濒发,给人类、尤其是女性带来很大的麻烦,在社会上造成了极大的混乱,甚至会导致千千万万的 人挨饿致死。孟山都这个不光彩的历史,很难使人相信他的研究数据是公正的。毕竟他们是为了赚钱的。在纯粹金钱驱动之下,人们什么意想不到的事都会做出来的。
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[转载]Hardy-Weinberg Equilibrium (HWE)定律
yorkklause 2012-12-6 19:28
1、 基因型频率 一个群体由N个个体组成,其中有一对常染色体等位基因A,a,其频率分别为p、q表示 可能的基因型为AA,Aa,aa三种,其频率分别为D、H、R表示,其中D+H+R=1。 群体中有n1 AA,n2 Aa,n3 aa。n1+n2+n3=N。 D=$\frac{n_{1}}{N}$ H=$\frac{n_{2}}{N}$R=$\frac{n_{3}}{N}$ 2、 等位基因频率 等位基因A的频率$p=\frac{2n_{1}+n_{2}}{N}=D+\frac{1}{2H}$ 等位基因a的频率$p=\frac{n_{2}+2n_{3}}{N}=R+\frac{1}{2H}$ p+q=D+H/2+H/2+R=1 3、 Hardy-Weinberg Equilibrium (HWE)定律 群体中的等位基因频率以及基因型频率并不随世代的推移而变化。 保持群体HWE的理论条件: Random mating 自由交配 No differential fertility of the genotype 每种基因型的育性相同 Equal genotype frequencies in the two sexs 两性具有相同的基因型频率 No mutatio 无突变 No immigration无外来迁徙 No differential emigration 无不同的移民 No differential viability生存能力无不同 Infinite population size有限群体大小 4、 HWE平衡群体性质 H=2pq D=$p^{2}$ R=$q^{2}$ 杂合比例为H=2pq,H的最大值为1/2 $\frac{dH}{dq}=\frac{d }{dq}=2-4q=0$ 当q=1/2,p=1/2时,H取最大值1/2 Aa$\times $ Aa的交配频率永远为AA$\times $aa交配频率的2倍 $Aa\times Aa=H^{2}=4p^{2}q^{2}$ $AA\times aa=2DR=2p^{2}q^{2}$ 当q很小时,p=1,则HWE取得一种极限形式 AA Aa aa 1-2q 2q 0 H=2q 差不多所有的隐性基因都处于杂合状态中,杂合子个体的比例约为隐性基因频率的两倍。 文章内容来自于徐书华老师《人类遗传学》课件
个人分类: 群体遗传|5395 次阅读|0 个评论
有必要开发广谱的狂犬病毒疫苗吗?
热度 16 yanjx45 2012-11-19 10:56
狂犬病毒属的所有成员都能引发狂犬病;只要临床症状出现,患者随后会无一例外地死亡。在不同的动物物种中,近期对全球一些狂犬病毒新基因型病毒的检测,证明了狂犬病毒属有着比先前猜测的更高程度的遗传和抗原变异性。根据抗原和遗传资料,狂犬病毒属内不同基因型病毒的差异导致了狂犬病毒属分离株分化为两个甚至可能三个 遗传谱系 (phylogroup) 。最关键的问题是,从人类和动物卫生的角度来说,目前的狂犬病疫苗能预防被归类于遗传谱系 I 的狂犬病毒属病毒,而不能预防遗传谱系 II 的其他基因型的狂犬病毒或其它差异更大的病毒。作者回顾了目前关于狂犬病毒属不同基因型病毒糖蛋白多样性和抗原性的知识。作者归纳了狂犬病疫苗提供的交叉保护的程度,狂犬病毒属不同基因型病毒的遗传和抗原差异性,以及新型狂犬病毒属病毒疫苗开发的可能的机制,这些疫苗将应用于已知有狂犬病毒属不同基因型病毒流行的地区,也会用于那些存在着暴露于此类病原体的有职业风险的人群。 结论:狂犬病毒属内的新型病毒,特别是那些和遗传谱系 I 有显著差异的不同基因型病毒的不断发现,对公共卫生尤其是在那些具有职业感染风险的人群是一种威胁。显然,目前已批准用于人类和动物的狂犬病毒疫苗,不能预防经鉴定被划分在遗传谱系 II 或 III 内的病毒,因此研发新型疫苗是有必要的。 但与此同时,对狂犬病毒属内的新基因型病毒当前对人类的危害程度和将来的威胁,尚无定量的评估。 开发用于该领域的新型鉴别诊断方法,可能增进我们对这些病毒的危害程度和它们引发的人类死亡确切病例数的了解,这些危害主要发生在已知这些新型病毒在栖息于森林的动物种群内流行的地区。 除了用于应对来自野生动物的威胁,能刺激广谱的针对狂犬病毒属多种病毒的中和免疫应答的新型疫苗,对具有职业感染风险的人来说是非常重要的。在科学界,在实验室里确实曾发生暴露于其它尚无可用疫苗的病毒病原体而引发的病例,这再一次凸显开发狂犬病预防性疫苗的极端重要性。
个人分类: RV疫苗|9164 次阅读|37 个评论
大科学与小科学,简单与复杂
benlion 2012-10-23 15:20
实际上,因为系统生物学的学科交叉综合和细胞分子生物系统的复杂,生物发育与疾病的基因型与表现型复杂系统,也许,将之分为学派而更易于可行的实施,以论文、专利和资讯等数据库为中介,进行不同机构和学派之间的研究交流。 交流媒介的出现,可以记载人类文化的阶段性成果,文化资源犹如实验的原始数据;因而,一是文库和知识原始保藏的重要,二是不要以后来新的成果来要求阶段历史。历史的记载,可谓之人类实践资料,经验科学可谓之实践知识,观察科学则是记载自然和社会等现象或表征。 实验科学建立于文艺复兴之后的欧洲,采用工具可操作和干预研究对象;因此,天象学、博物学和生态学等是实验科学吗?古代以肉眼的观测与现代操作复杂仪器的观察是否不同?系统生态学( 1963 年)、系统生理学等主要是生态系统、器官系统的理论,包括系统理论和数学模型研究。系统生物医学词汇在 1992 年提出是医学工程概念,不同于系统医药学概念和模型。 现代系统生物学的理论与实验、分析与综合研究范式,在世纪之交才真正形成,并于 1996 年阐述“ biosystem theory ”和“ systems bio-engineering ”到 1999 年将“ biosystem science and engineering ”推进到细胞分子生物系统层次而确定。 2005 年 M. A. O’Malley 和 J. Dupré 文章提到“ biological systems biology ”和“ systems-oriented biology ”正是反映了这个转换或叠加概念。 在上世纪 90 年代,看到生物学中许多词汇,比如神经网络、遗传算法、人工生命等用于计算机科学;然而,几乎只是借用一种概念和术语,在英国的计算机科学系我专程询问之后确实,而系统生物学所要做的是研究实在的生物系统及计算机方法和数学建模,这就必须采用实验生物学方法和技术,同时,也包括对细胞内信号传导网络和基因调控系统的定量研究和方程式建立,这是自北京中关村到英国时期论辩的范式内涵。 系统与合成生物学研究,涉及系统理论( systems theory )、系统方法( systems approach )和系统( systematic )实验的突变( mutation )、测量( measurement )和设计等,可以是小科学,也可以是大科学,在于是否进行数据规模化实验和超级或网络计算机的云或雾计算等,比如,一个基因组测序和基因组合成与一个基因调控网络与信号传导路径,一个大一个小,大的数据库建立,小的系统机理研究等。 参见, 1999 年我网站上探索“ genotype – phenotype complexity ”并列的链接: - “ complexity ”( http://www.exploratorium.edu/complexity/CompLexicon.html )和 “ patterning ”( https://syllabus.med.unc.edu/courseware/embryo_images/ )。 续,系统医学 – 回忆录( http://blog.sciencenet.cn/blog-286952-624743.html )。
个人分类: 2012|2249 次阅读|0 个评论
后关联作图时代的基因型-表型作图
bioysy 2012-8-15 09:56
Genotype–phenotype mapping in a post-GWAS world 呵呵,这篇文章出现了一个新词(对我来说比较新):post-GWAS.的确应该考虑后关联作图时代的问题了.GWAS的问题是什么呢?Genome-wide association studies (GWAS) statistically connect genotypes to phenotypes, without any recourse to known molecular interactions.仅仅从统计的角度建立基因型和表型间的联系,而不考虑真实的分子或基因间的互做.分子生物学的方法才会考虑.文中表述为:whereas a molecular biology approach directly ties gene function to phenotype through gene regulatory networks (GRNs). 所以,得把这两个东西放在一个统一的框架下一并考虑.这个框架叫:structural equation modeling (SEM).效果怎样还得继续观察.这也不是一般的研究单位或团队能玩的起的. 在我看来还有另一种玩法.不玩全基因组的,抓重点逐个攻破.对植物而言,除了GWAS还有经典的连锁作图方法可以利用. 1-s2.0-S0168952512000923-main.pdf
个人分类: 关联作图|5360 次阅读|0 个评论
【bio】颤抖吧!数学来了!支原体数学模型从基因型预测表型
Puriney 2012-7-20 11:12
从CELL封面2012年7月20日图来看: 左上密码子表(确定无误) 右上FBA (确定无误) 左中名词解释 (确定无误) 右中是状态机 左下随机过程马尔可夫过程(四种RNA聚合酶结合状态) 右下mRNA降解/生成动态平衡(以基因预测?)
7554 次阅读|0 个评论
非常好的图示基因型软件
热度 1 bioysy 2012-6-23 22:31
http://bioinf.hutton.ac.uk/flapjack/ 这个软件能显示高通量基因型数据,能在windows下运行,学习中. 这是参加中国农业科学院主办的"GCP挑战计划中国育种家开放日活动"的一个收获,当然它都没提到这个,但他提到个网站:https://www.integratedbreeding.net/ib-tools/field-trial-management/ib-fieldbook.顺着这个网站摸进去,里面有不少宝贝. 高通量标记的时代,得用可以处理高通量数据的软件.类似这样的软件可能会成为今后今年的主流软件.这是引出这个软件的目的.
个人分类: 资料|4957 次阅读|4 个评论
研究发现一类肠道共生微生物可能是自闭症的元凶
热度 4 hongkuan15 2012-3-19 22:07
已有大量研究表明自闭症可能与肠道菌群紊乱有关。也有报道给自闭症儿童服用某些益生菌能够减去自闭症症状甚至治愈。自闭症儿童常出现胃肠道失调,可能肠道微生物组成也相应发生变化。这些报道提示我们自闭症与肠道健康状况密切相关。 最近的一项来自美国哥伦比亚大学的研究表明,超过一半的伴有胃肠功能肠癌的自闭症儿童肠道中发现了一种肠道微生物-萨特菌( Sutterella )。他们通过回肠和盲肠活体组织取样检测共生微生物多样性,对伴有胃肠功能肠癌的自闭症儿童和仅患有胃肠功能障碍的正常儿童对比发现,发现在一些自闭症儿童肠道中检测到了产碱菌科 Alcaligenaceae 的某些成员,而对照组中没有发现。而这些产碱菌属水平的升高是由于萨特菌( Sutterella )的水平较高。通过对 Sutterella 的16S rRNA 基因序列分析发现,在23个伴有胃肠功能肠癌的自闭症儿童中的12个个体中都发现了萨特菌( Sutterella ),而在9个对照组完全没有发现萨特菌( Sutterella )的存在。进一步的系统发育分析表明,在检测的12个个体中的11个阳性个体中,其肠道萨特菌( Sutterella )中有两类菌占绝大多数,他们分别是华德萨特菌 Sutterella wadsworthensis 和 Sutterella stercoricanis 。 此外,他们首次报道了一种萨特菌特异PCR( Sutterella -specific PCR),用于从生物或环境样品中对萨特菌( Sutterella )进行检测、定量以及基因型分析。 自闭症影响着世界上大约1%的人群,对肠道微生物的研究,尤其是共生微生物的研究将有助于我们了解肠道微生物与自闭症的关系。 附原文摘要: Application of Novel PCR-Based Methods for Detection, Quantitation,and Phylogenetic Characterization of Sutterella Species in Intestinal Biopsy Samples from Children with Autism and Gastrointestinal Disturbances Brent L. Williams, Mady Hornig, Tanmay Parekh, and W. Ian Lipkin Center for Infection and Immunity, Mailman School of Public Health, Columbia University, New York, New York, USA ABSTRACT Gastrointestinal disturbances are commonly reported in children with autism and may be associated with compositional changes in intestinal bacteria. In a previous report, we surveyed intestinal microbiota in ileal and cecal biopsy samples from children with autism and gastrointestinal dysfunction (AUT-GI) and children with only gastrointestinal dysfunction (Control-GI). Our results demonstrated the presence of members of the family Alcaligenaceae in some AUT-GI children, while no Control-GI children had Alcaligenaceae sequences. Here we demonstrate that increased levels of Alcaligenaceae in intestinal biopsy samples from AUT-GI children result from the presence of high levels of members of the genus Sutterella.We also report the first Sutterella-specific PCR assays for detecting, quantitating, and genotyping Sutterella species in biological and environmental samples. Sutterella 16S rRNA gene sequences were found in 12 of 23 AUT-GI children but in none of 9 Control-GI children. Phylogenetic analysis revealed a predominance of either Sutterella wadsworthensis or Sutterella stercoricanis in 11 of the individual Sutterella-positive AUT-GI patients; in one AUT-GI patient, Sutterella sequences were obtained that could not be given a species-level classification based on the 16S rRNA gene sequences of known Sutterella isolates. Western immunoblots revealed plasma IgG or IgM antibody reactivity to Sutterella wadsworthensis antigens in 11 AUT-GI patients, 8 of whom were also PCR positive, indicating the presence of an immune response to Sutterella in some children. IMPORTANCE Autism spectrum disorders affect ~1% of the population. Many children with autism have gastrointestinal (GI) disturbances that can complicate clinical management and contribute to behavioral problems. Understanding the molecular and microbial underpinnings of these GI issues is of paramount importance for elucidating pathogenesis, rendering diagnosis, and administering informed treatment. Here we describe an association between high levels of intestinal, mucoepithelial-associated Sutterella species and GI disturbances in children with autism. These findings elevate this little-recognized bacterium to the forefront by demonstrating that Sutterella is a major component of the microbiota in over half of children with autism and gastrointestinal dysfunction (AUT-GI) and is absent in children with only gastrointestinal dysfunction (Control-GI) evaluated in this study. Furthermore, these findings bring into question the role Sutterella plays in the human microbiota in health and disease. With the Sutterella-specific molecular assays described here, some of these questions can begin to be addressed. 原文链接: MBio. 2012 Jan 10;3(1). pii: e00261-11. doi: 10.1128/mBio.00261-11 http://mbio.asm.org/content/3/1/e00261-11.long 谢谢牛登科老师提供链接!
10028 次阅读|11 个评论
基因修饰猪优化人类疾病模型
kejidaobao 2011-12-9 15:06
在过去1个世纪里,几乎所有的医学进展都利用了动物模型。通过基因操作获得的带有某种遗传性疾病的模型动物能在分子机理上模拟疾病的发生、发展机制,在疾病症状上具有遗传稳定性和易于扩大的种群,比传统的自发或诱发性疾病模型动物更具有优势。基因修饰实验动物模型对研究人类疾病相关基因功能、疾病表型与基因型的联系以及疾病的诊断、治疗都具有重要作用。 目前广泛应用于模拟人类疾病的动物模型是以小鼠为代表的啮齿类动物,但因为小鼠的诸多生理性状还与人相距较远,在很多方面小鼠模型并不能很好地模拟部分人类疾病。相比于大小鼠,猪在解剖学、生理学、营养代谢和疾病特征等方面都与人有较大的相似性;相比于非人灵长类动物,猪没有苛刻的伦理道德和动物保护方面的要求;加上饲养和试验成本较低,已成为一种理想的实验动物模型,在生物医学研究领域中具有重要的应用价值。 《科技导报》2011年第30期52—57页刊登了杨化强、赖良学的论文“基因修饰猪作为人类疾病模型的研究进展”。文中对近来有关基因修饰猪作为人类疾病模型的研究进行综述,并指出,通过基因修饰手段获得的带有人类疾病的模型动物具有遗传稳定性和来源的可重复性,对相应人类疾病的研究更具有举足轻重的作用。以往的研究中,猪等大型动物的稳定胚胎干细胞系或诱导性多能干细胞系一直没有建立,所以对其进行基因操作较为困难,大型动物的基因修饰研究一直进展缓慢。近年来,体细胞核移植技术的发展使得对猪等大动物进行高效的基因操作成为可能。应用该技术只需要对猪的体细胞进行基因修饰,而后通过体细胞核移植即可获得可稳定遗传的基因修饰猪。此项技术的发展也推进了猪作为人类疾病动物模型的研究。 四色荧光猪的培育是一种技术上的探讨,是为疾病模型猪的制备服务的,因为很大部分的疾病是由多种基因突变累积所致,单基因转移很难模拟相应的疾病。四色荧光猪证实大动物的高效多基因转移技术是可行的。中国科学院广州生物医药与健康研究院于2010年下半年在国际上首次成功培育出4只3月龄的四色荧光转基因猪。该转基因猪可在全身表达红、绿、青、黄4种荧光蛋白,在特定波长的激发光下呈现出相应的荧光。封面荧光照片拍摄自其中1只小猪(由于没有黄色滤光片,黄色荧光的个体照片无法拍摄,因此只显示3种荧光)。 本期封面图片由杨化强提供,金功博设计。(责任编辑 秦政)
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实验总结20111206&20120928
caohehe1988 2011-12-6 18:00
实验总结 20111206 1. 植物诱导抗虫性强度和特异性与品种或基因型有关。 植物诱导抗虫性具有特异性。特异性又分为诱导特异性和效果特异性。诱导特异性就是指不同诱导物可以诱导不同的反应。效果特异性是指某诱导物诱导后对后来植食害虫影响不一样。 茉莉酸诱导不同基因型植物之后对植食昆虫体重增加量影响并不一致。多数茉莉酸诱导后会减少植食昆虫体重增加量,但也有例外。茉莉酸处理乳草增加帝王斑蝶幼虫相对增长率。水杨酸处理拟南芥降低甜菜夜蛾体重增加量。 由于植物抗虫并不是依赖一种性状, Anurag Agrawal 提出植物综合防御( plant defense syndrome )概念。对不同种类昆虫起主要防御效果的次生代谢物质可能不同,再加上物理防御植物营养等因素诱导特异性也就解释的通了。 所以,在做茉莉酸诱导小麦抗蚜虫或粘虫实验时小麦品种可能会影响预期结果。应同时使用不同品种小麦。 2. 小麦抗蚜虫具有行业标准。 曹雅忠老师说,小麦抗蚜具有行业标准。又说 “ 中四无芒 ” 抗蚜性很强,基本活体接上去的蚜虫全部死亡,抗病性也比较强,但其产量不高,成熟较晚。像小偃 22 和西农 979 每天能产若蚜 2 头或 4 头以上基本属于感蚜品种了。抗蚜品种苗期上,蚜虫一般 2-3 天产一头。 20120928 3. 植物 induced defense 和 primed 状态 哺乳动物对外来入侵物具有获得性免疫的能力,类似的植物也能记忆外来入侵者。在植物被害虫取食后,植物会迅速做出防御反应,一段时间后,当植物再次收到类似侵害时能更快更强的应对。诱导后防御反应恢复正常水平但再次刺激更快更强触发防御机制的这一状态叫 primed 状态。而且亲代受危害后,其子代可遗传这一状态。拟南芥被小菜蛾或菜粉蝶危害后,其种子长成幼苗后防御物质与其他后代并无差别,但当受天蛾或机械损伤时,亲代被危害的幼苗茉莉酸途径会更快更强的做出反应。这就像人接种疫苗后对此类入侵物具有免疫能力一样。 一些激素如茉莉酸、水杨酸直接施加到植物叶面上可以诱导植物防御( induced plant resistance ),一段时间后进入 primed 的状态。但植物在一定时间内所产生的能量和物质是有限的,在没有外来入侵物就开始投入战斗会降低植物的适合度。如果能绕过 induced resistance 让植物直接进入备战状态( primed )并不会降低植物适合度,且在外来入侵时能迅速有效抵御。可尝试用一些 activitors 如茉莉酸类、水杨酸类似物等处理植物种子,使其幼苗进入 primed 的状态。 下一步就是使用 MeJA 和 SA 处理番茄种子,然后测定幼苗对粉虱和蚜虫以及白粉和灰霉的抗性。
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亚当与夏娃的血型
热度 10 fs007 2011-10-23 05:32
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研究热点:丙型肝炎病毒基因型及丙型肝炎病毒感染治疗药物的研究
xupeiyang 2011-7-2 14:49
丙型肝炎病毒 (Hepatitis C virus , HCV) 主要通过输血或血制品、血透析、单采血浆还输血球、肾移植、静脉注射毒品、性传播、母婴传播等传染引起的。近来,丙型肝炎病毒 (HCV) 感染的治疗取得了较大的进展。α干扰素与利巴韦林联合治疗使丙型肝炎患者 ( 包括基因型 1 型 HCV 感染 ) 的持续性病毒学应答 (SVR) 有了很大提高。但仍有许多患者对目前的治疗无效,由于α干扰素素与利巴韦林联合治疗有较多的不良反应,不少患者难以耐受,所以临床上迫切需要更为有效的抗 HCV 药物。目前有关治疗丙型肝炎的药物研究主要集中在改进干扰素和利巴韦林、研发增强机体抗病毒效力的药物和直接抑制 HCV 复制的药物 3 方面。本研究领域主要包括以下内容: 1. 干扰素及其新型修饰物的临床研究,如长效干扰素 PEG-IFN α 2a 和 PEG2-IFN α 2b 等; 2. 特异性靶向治疗药物的临床研究,如 HCV 蛋白酶抑制剂、 HCV 聚合酶抑制剂等; 3. HCV 基因分型的研究,丙型肝炎病毒有多种基因型,对不同基因型患者的抗丙肝病毒治疗方案, HCV 基因分型与丙型肝炎病毒感染的临床治疗效果息息相关。对 HCV 基因分型的研究有助于选择更优的治疗方案。
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[转载]大肠杆菌不同感受态的区别
tqan 2011-3-1 15:59
1:DH5a菌株 DH5a是一种常用于质粒 克隆 的菌株。E.coli DH5a在使用pUC系列质粒载体转化时,可与载体编码的β-半乳糖苷酶氨基端实现α-互补。可用于蓝白斑筛选鉴别重组菌株。 基因型:F-,φ80dlacZΔM15,Δ(lacZYA-argF)U169,deoR,recA1,endA1,hsdR17(rk-,mk+),phoA,supE44,λ-,thi-1,gyrA96,relA1 2:BL21(DE3) 菌株 该菌株用于高效表达 克隆 于含有噬菌体T7启动子的表达载体(如pET系列)的基因。T7噬菌体RNA聚合酶位于λ 噬菌体DE3区,该区整合于BL21的染色体上。该菌适合表达非毒性蛋白。 基因型:F-,ompT, hsdS(rBB-mB-),gal, dcm(DE3) 3:BL21(DE3) pLysS菌株 该菌株含有质粒pLysS,因此具有氯霉素抗性。PLysS含有表达T7溶菌酶的基因,能够降低目的基因的背景表达水平,但不干扰目的蛋白的表达。该菌适合表达毒性蛋白和非毒性蛋白。 基因型:F-,ompT hsdS(rBB-mB-),gal, dcm(DE3,pLysS ,Camr 4:JM109菌株 该菌株在使用pUC系列质粒载体进行DNA转化或用M13 phage载体进行转染时,由于载体DNA产生的LacZa多肽和JM09编码的LacZΔM15进行α-互补,从而显示β-半乳糖苷酶活性,由此很容易鉴别重组体菌株 基因型:recA1,endA1,gyrA96,thi-1,hsdR17,supE44,relA1,Δ(lac-proAB)/F’ 5:TOP10菌株 该菌株适用于高效的DNA 克隆 和质粒扩增,能保证高拷贝质粒的稳定遗传。 基因型:F- ,mcrAΔ(mrr-hsd RMS-mcrBC), φ80 ,lacZΔM15,△lacⅩ74, recA1 ,araΔ139Δ(ara-leu)7697, galU ,galK ,rps, (Strr) endA1, nupG 6:HB101菌株 该菌株遗传性能稳定,使用方便,适用于各种基因重组实验 基因型:supE44,hsdS20(rB-mB-),recA13,ara-14,proA2,lacY1,galK2,rpsL20,xyl-5,mtl-1,leuB6,thi-1 M110或 SCS110 大多数大肠杆菌菌株中含有Dam甲基化酶和Dcm甲基化酶,前者可以在GATC序列中腺嘌呤N-6位上引入甲基,后者在CCA/TGC序列的第一个胞嘧啶 C-5位置上引入甲基。 常用的菌株都会产生dam,dcm,从而受到甲基化的影响. 部分限制性内切酶对甲基化的DNA不能切割,如FbaI和MboI等,一般生物公司提供的内切酶说明中均有说明。 大多数酶切位点的甲基化不影响切割,而有些会影响,如XbaI, BclI等。而且甲基化只发生在特定序列,以XbaI为例,只有在位点序列旁出现GA或TC,该XbaI位才会被甲基化。 而要解除这种限制修饰作用通常有两种方法: (1)选用上述酶的同功酶,如Sau3AI,DNA识别切割位点与MboI相同;但不受甲基化影响; (2)利用甲基化酶缺失的受体细胞进行DNA的制备,如E.coli JM110和链霉菌等,前者Dam和Dcm甲基化酶已敲出,而后者细胞内本就没有甲基化酶,从这些细胞中抽提的 DNA就能被上述酶切割。 E.coli JM110 要排除dam,dcm甲基化的影响,需要用特定的dam-,dcm-的菌株,如JM110 如果由JM110或 SCS110等甲基化缺失的菌株产生的质粒,则不会被甲基化.
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QTL精细定位随想
热度 1 bioysy 2011-2-20 00:37
随想的意思就是,随便想想,这是一个让人比较感兴趣的领域.目前对这个领域促进最大的技术或方法有两个:一是高通量测序,二是关联作图在植物中的应用. QTL精细定位.是核心内容.精细定位后可以直接进行分子标记辅助育种,进一步是克隆QTL控制基因. 关键问题是能否迅速实现QTL的精细定位,从目前的技术水平来看是可能的,可以选择的方法有: 1 基于高密度分子图谱的连锁作图或关联作图或两者结合的作图 RIL,NAM,MAGIC,多个RIL+多个亲本,OTHERS 2 基于高密度标记及大群体的选择性基因型鉴定 F2,RIL,多个亲本,或者各种材料的混合 3 QTL近等基因系或者覆盖全基因组的渐渗系 高世代回交材料,残余杂合系 所谓精细,对标记密度有要求很容易理解.精细必定是基于高密度的标记的. QTL的检测是一回事,检测到QTL后仍然需要逐个QTL进行功能验证,需要QTL近等基因系,需要把QTL分解为单个孟德尔因子来分析,或者能提供其它确凿的证据.
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[转载]考试啦!
syfox 2011-2-17 22:21
1.物种:物种是由许多居群组成的生殖单元,自然状态下与其他单元生殖上隔离,在自然界中占有一定的生境位置。它在自然界是真实存在的,可随时间进化改变,是生态系统的功能单位。 2.Hardy -Weinberg law:指在一个巨大的,个体交配完全随机,没有其它如突变、选择、迁移、漂变等因素干扰的种群中;基因频率和基因型频率将世代保持稳定不变,这种状态成为种群的遗传平衡状态。 3.土壤种子库是指存在于土壤表层凋落物和土壤中全部活性种子的总和.土壤中有活性的种子是植物群落的一部分,是新植株的来源.土壤种子库可以分为瞬时土壤种子库和持久土壤种子库.随着群落生态学的发展,土壤种子库的研究已经成为植物生态学重要的一部分,研究内容主要包括:(1)土壤种子库的组成和分布;(2)土壤种子库的动态;(3)地上植被与土壤种子库的关系;(4)干扰对土壤种子库的作用;(5)土壤种子库在生态恢复中的作用.文章在对目前土壤种子库的研究方法、主要研究内容方面总结的基础上,认为土壤种子库在合适的干扰作用下对退化生态系统的恢复以及植被更新发挥重要的作用,同时需进一步加强对这一过程中种子萌发、幼苗建立限制因素的研究. 4.①种群是生物生存和生物进化的基本单位,一个物种中的一个个体是不能长期生存的,物种长期生存的基本单位是种群。一个个体是不可能进化的,生物的进化是通过自然选择实现的,自然选择的对象不是个体而是一个群体。种群也是生物繁殖的基本单位,种群内的个体不是机械地集合在一起,而是彼此可以交配,并通过繁殖将各自的基因传递给后代。②基因库和基因频率基因库是指一个种群所含的全部基因。每个个体所含有的基因只是种群基因库中的一个组成部分。每个种群都有它独特的基因库,种群中的个体一代一代地死亡,但基因库却代代相传,并在传递过程中得到保持和发展。种群越大,基因库也越大,反之,种群越小基因库也越小。当种群变得很小时,就有可能失去遗传的多样性,从而失去了进化上的优势而逐渐被淘汰。基因频率是指某种基因在某个种群中出现的比例。基因频率可用抽样调查的方法来获得。如果在种群足够大,没有基因突变,生存空间和食物都无限的条件下,即没有生存压力,种群内个体之间的交配又是随机的情况下,种群中的基因频率是不变的。但这种条件在自然状态下是不存在的,即使在实验条件下也很难做到。实际情况是由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素,种群的基因频率总是在不断变化的。这种基因频率变化的方向是由自然选择决定的。所以生物的进化实质上就是种群基因频率发生变化的过程。③基因频率的计算方法设二倍体生物种群中的染色体的某一座位上有一对等位基因,记作A1和A2。假如种群中被调查的个体有N个,三种类型的基因组成,A1A1、A1A2和A2A2,在被调查对象中所占的个数分别为n1、n2和n3基因库和基因频率的知识可与遗传的基本规律相结合,在深刻理解遗传的基本规律的基础上来理解基因库和基因频率的概念就容易得多,也很能够将这部分知识融会贯通
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[转载]分子进化相关概念
nodream 2011-1-21 22:37
选择系数(selection coefficient,或pressure): 不同个体在同一环境下被淘汰的概率(准确的说选择系数是测量某一基因型个体在群体中不利于生存的数值,也就是在选择的作用下降低了适合度),并以此来表示选择的作用,一般用s表示选择作用大小,它表明在选择作用下,降低的适合度。s与f的关系是: s=1-f 。如软骨发育不全患者的适合度为0.2,其选择系数s=1-0.2=0.8 适合度(fitness): 不同个体在同一环境下存活的概率,适合度是指个体能生产存活后代、并对未来后代有贡献能力的指标。种群中存活和生殖最有效的个体(其适合度最高),将贡献更多的后代给以后的世代。可用同一环境不同个体间相对生育率来衡量,即患者的生育率和其正常同胞的生育率之比来衡量。患者的适合度降低是选择作用的结果。
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[转载]植物 可塑性
syfox 2011-1-20 17:41
1 可塑性的定义与研究现状 对于一个个体的不同性状来说,他们对环境变化的敏感性是不同的,其中总有一些性状对环境的变化更为敏感,或一个单一的基因型可以产生许多个表现型,生物的这个基本的特征被称为表型可塑性(Sultan,2000 )。它是器官在复杂的环境中产生一系列不同的相对适合的表现型的潜能(Dewitt et al., 1998)。许多研究都表明表型可塑性是个体适应环境的方式。由于植物所需要的资源总是异质的,所以表型可塑性是普遍存在的。 过去的 15 年里对植物的表型可塑性出现了极大的兴趣,越来越多的实验已经表明,植物从形态、生理到解剖、发育、生殖时间、繁育系统以及后代的发育方式等都是可塑的。大量的基因和分子学方法引导探索可塑性的适应本质、其背后的操纵机制以及它在植物的生态学分布和进化多样化中的重要作用。在上个世纪的大部分时间里,表型可塑性都被认为是掩饰了生物的“真正的”基因特征。直到最近,可塑性作为表型多样性的一个显著的特征并作为生物在其环境中发育、功能和进化的一个重要方面而被人们广泛接受。一般来说,生物学家是越来越倾向于把表型看作是复杂的发育协作的结果,它受许多相互影响的基因影响,同时也受生物内外环境的影响(Miklos et al., 1996; Trewavas et al., 1997 )。 在 90 年代早期之前,已经有人报道了陆地植物、藻类、海产的无脊椎动物、昆虫、鱼、两栖动物、爬虫动物和小的哺乳动物中发育的和生理的可塑性。最近,青苔中的结构、生化和代谢活动的可塑性也已经被发现。对植物可塑性的研究非常多, 因为它可以显著地展现环境对生长和发育的巨大影响,而且它们的生殖也很容易,在变化的环境中也比其他生物易于生长。 因此,我们当前对可塑性的认识大部分都来自于对植物的研究。有一些早期的研究直接包括可塑性的一些功能方面,如分配到不同植物组织的生物量比例或者同化速率等,但最初的植物可塑性的研究常常集中在单一特征的描述,例如植物的大小,分枝数、节间长等。最近的研究把重心集中在直接关系到植物在其环境中的功能和生殖成功的可塑性方面(Pintado,1997),因此就具有了生态学和进化学的双重重要性。 2 可塑性的研究内容 2.1 功能可塑性 与资源获得相关的可塑性被称为功能可塑性, 例如在低营养的土壤中提高根生物量的分配或在低的光子流出密度时具有大的叶面积和生物量的比率。这些调整能部分地补偿在资源限制条件下植物不可避免的生物量下降。叶角度转换、气孔开闭和光合速率快慢等方面的短期的功能可塑性可以使植物在如光密度变化和蒸腾改变的高度变化的环境中调整自己。 最初关于对不同资源水平响应的功能性研究主要集中在生物量分配上(例如根:冠比),但是最近的可塑性研究更包括与资源获取直接相关的地上和地下特征的更详细的描述。这包括叶大小、比叶面积和整株植物的叶面积: 生物量比(LAR)和比根长度、根的空间分布和整株植物的根长度: 生物量比 (RLR)。 2.2 结构形态可塑性 植物的解剖学特征,如叶脉厚壁组织的面积以及共生的豆科植物根瘤结构等都可能随环境变化而变化。解剖学特征可塑性的研究使我们能进一步了解植物在差别悬殊的环境条件下改变表型以维持其功能。解剖特征的可塑性对植物分类具有重要的意义。植物形态结构对环境的响应也会有变化,在草本植物中,遮荫通过影响分裂组织的产生以及植物器官的大小和结构来调整植物的形态。 2.3 发育可塑性 植物发育的时间, 包括对环境的塑性响应的本身都是可塑的。发育可塑性可能在生活史的早期,并且随不同的基因型、物种或种群而发生改变。可塑性在功能上是否适合环境变化受响应时间的影响。如在响应土壤水涝时,Polygonum persicaria快速地重新调整了根系统,并使之分布到表面接触空气的土壤层,并且维持高的生长速率;而其近缘种Polygonum cespitosum虽然也表现出相似的响应,但却慢的多,于是就导致生物量的显著降低。 2.4 生活史可塑性 有一些文献报道了草本植物中的生殖时间和生殖分配的可塑性。这些变化有可能直接影响植物的适应性,进而影响种群维持和自然选择。实验证明,相差较大的生殖方式反映了对两种环境的适应差异:在较差的生境中,植物寿命较短而且尽早开花生殖是比较有利的;在有利的生境中,植物生活的时间比较长,可以允许营养生长时间长且推迟开花来最大限度地扩大其适应性。 2.5 跨世代的可塑性 植物在响应环境条件时不仅可以调整自己的表型,而且也可以通过改变种子的数量和质量,以及种皮和果实组织的结构或生化特征来调整其后代的表型。从一定意义上来说,植物子代的生存环境可从母本的生存环境推测出来。当母本植物生存条件恶化时,种子散布能力就会增加。种子类型相对比例的任何变化都可能影响适合度,因为它改变了子代的散布速度。某些物种通过改变种子的结构或者种皮或果皮的厚度来响应差别悬殊的生长条件,因此就维持了决定最初苗大小的胚和胚乳组织的数量和质量。跟营养供应充分的植物的后代相比,缺乏营养的植物的后代会提高其根的生物量比率。同样地,缺少光的植物跟同种的但生长在高光条件下的植物相比,其后代会降低与地上相关的根的扩展。幼苗生长方式的这些特异的可塑性变化可以允许后代维持功能的重要方面, 3 可塑性的代价、价值和限制 可塑性的价值在于具有产生较好地与各种环境相匹配的表现型的能力,而不是仅仅产生能与各种环境相匹配的表现型。如果限制因素不存在,器官将表现出完美的,无限的可塑性;在无需付出代价的情况下表现其最好的适应环境的品性特征。而实际上,自然界不存在始终创造最完美的能力,或者说生物体要为具有这种可塑性付出代价。 可塑性的限制可能是由于存在于可塑型和不变型之间的发育上的差异产生的。固定的发育仅要求生产机器(结构基因,多聚酶,核糖体),能产生一个可预测的表型结果。可塑性发育也要求这些步骤,同时可塑性的机制与等位基因密切相关,即结构基因及产物对环境条件的反应。 3.1 可塑性的代价 生产代价:产生诱导结构需要付出的代价是可塑性的支出,这将使生产下降。如果固定发育和可塑性发育的有机体为一个特征付出同样的生产代价,那么,生产代价将不被认为是可塑性唯一的、内在的价值。 信息获取代价:在可塑性形成的过程中,对环境信息的获取付出代价是必不可少的。为了探测捕食者的存在、种类、动机等方面的状况,被捕食者必须经历对捕食者的视察行为,这是非常危险的。从环境中获取信息的过程也要付出能量代价,或暂时降低取食和交配效率。 发育的不稳定性:在发育不稳定性和可塑性之间存在着内在的联系。在稳定的选择条件下,分布广的表型与分布窄的相比,有较低的适应性。可塑性导致发育的不完善,这更导致可塑性的适应性的下降。 基因代价:与基因可塑性类型相联系的潜在代价包括:1.连接:与可塑性有关的基因与其他的重要基因相连;2.负面影响:对一个特征来说与适应的可塑性相关的基因也对其他的特征提供消极的影响;3.显性抑制:可塑性基因影响其他基因的表达。 3.2 可塑性价值的限制性 信息捕获的限制性:信息捕获要付出代价,体察环境所显示的信息的能力受到限制,这样,可塑性器官的表型和环境的匹配情况就比较差。 延迟的限制性:表型和环境不相匹配的现象也可能是由于在对环境刺激所作出的感受和反应之间的时间间隔引起的。对于在短期内能灵敏响应的特征来说,延时可以限定在最小效应之内,相比之下,形态特性的延时效应是比较难缩减的。 发育空间的限制性:“染指一切就等于一无所有”,我们可以用这一句谚语来形容可塑性发育,它总想适应尽可能多的环境,产生多样的表型,而固定发育更能产生极端表现型。 4 可塑性的研究方法 可塑性响应既包括环境限制对植物生长和生理的不可避免的影响,也包括能加强有机体在其环境中成功生存的适应调整。决定可塑性响应是否具有功能适应性是关系到生态和进化的细节的重要方面。但价可塑性响应的价值是很困难的。 可塑性的研究总是在能够人工控制的实验地进行,因为在这样的地方可以模拟一种或一种以上的决定物种存活的关键环境因子,可以设置一系列的梯度用于研究植物在这些环境条件下的形态可塑性发展趋势。实验总是以对比实验的方式进行。由于时间动态对植物的可塑性响应具有较大的影响,因此,只研究生命中某一个断面的特征很可能遗失植物适应可塑性的重要内容,所以可塑性的研究总是要持续植物的一生或一个发育阶段。 对比研究是最容易理解的。我们可以研究从同一个物种单起源的近缘生态学分类单位,当他们在生态位上已经有所分离时,我们就可以对他们进行对比研究。 在研究克隆植物时,形态可塑性总是与植物行为联系在一起,这形成了植物行为生态学的重要内容。国内对植物可塑性的研究多集中在这一领域。 5 可塑性的进化与生态学意义 在种群和物种水平的对比研究能够揭示个体可塑性和高水平的生态学的和进化的模式之间的关系。由高的表型可塑性构成的物种可能是生态意义上的一个多面手,而个体表达有限的适应可塑性的物种可能会被限制在狭窄的、“特化的”生态学范围内。 除了生态学的宽度外,可塑性也可能会导致入侵物种的形成。广大的入侵物种经常表现出高的表型可塑性,这在理论上允许它们在自然选择时不需要改变成地方的基因就可以占领多样的新位置。所以可塑性可能推动外来物种和本土生态型迅速分布到新的范围内,而不需要因去适应在自然选择中那些不适合的生境所要求的进化时间。 可塑性也可能有助于物种经受突然的环境变化(如人类干扰等)的能力。因为这些变化对于进化响应来说发生的太快,而且能够创造在有机体的选择历史中没有经历过的条件,所以那些缺乏足够的可塑性去维持植物的生长和生殖的改变、退化的和全新的环境的物种有极大的灭绝的危险。最后,可塑性能影响进化多样性的方式。如果个体的基因是足够可塑的,能在不同的地方环境中产生适量的表型,那么自然选择就不会在基因差别显著但特化的生态型中发生。 结果, 由高的基因可塑性所组成的分类单位会在种群水平表现出很少的适应差别。相反,我们可以预测个体表达有限可塑性的物种会在地方生态型的基础上表现出很大的基因选择差别(除非这些个体表达一些非可塑性的多面的表型)。不同分类单位在个体适应可塑性方面的差异会因此造成种群尺度内的差别,并最终导致物种分化。 参考文献: 1.Dewitt, T.J., A. Sih and D.S.Wilson, 1998. Costs and limits of phenotypic plasticity. Tree, 13(2):77~81 2. Miklos, G.L.G. and Rubin, G.M. (1996) The role of the genome project in determining gene function: insights from model organisms. Cell 86, 521–529 3. Sultan, S. E. 2001. Phenotypic plasticity for plant development, function and life history. trends in plant science, 32: 589~605 4. Trewavas, A.J. and Malhó, R. (1997) Signal perception and transduction: the origin of the phenotype. Plant Cell 9, 1181–1195
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