Research Progress of Molecular Clock

In the paper, related research and progress of molecular clock hypothesis were summarized, including definition of molecular clock, supporting proofs, contro- versy, significance and perfection, application and accompanying challenges.

The genetic equidistance result:misreading by the molecular clock and neutral theory and reinterpretation nearly half of a century later

In 1963,Margoliash discovered the unexpected genetic equidistance result after comparing cytochrome c sequences from different species.This finding,together with the hemoglobin analyses of Zuckerkandl and Pauling in 1962,directly inspired the ad hoc molecular clock hypothesis.Unfortunately,however,many biologists have since mistakenly viewed the molecular clock as a genuine reality,which in turn inspired Kimura,King,and Jukes to propose the neutral theory of molecular evolution.Many years of studies have found numerous contradictions to the theory,and few today believe in a universal constant clock.What is being neglected,however,is that the failure of the molecular clock hypothesis has left the original equidistance result an unsolved mystery.In recent years,we fortuitously rediscovered the equidistance result,which remains unknown to nearly all researchers.Incorporating the proven virtues of existing evolutionary theories and introducing the novel concept of maximum genetic diversity,we proposed a more complete hypothesis of evolutionary genetics and reinterpreted the equidistance result and other major evolutionary phenomena.The hypothesis may rewrite molecular phylogeny and population genetics and solve major biomedical problems that challenge the existing framework of evolutionary biology.

Molecular Evolutionary Rate Calculation of Hemoglobin α Chain and γ Chain at Different Stages in Vertebrate Evolution Process

Pseudogene and fibrin peptide which has rapid evolve speed and good stability are used in this study to determine the divergence date among groups.Through calculating the evolutionary rate of hemoglobin α chain,γ chain in vertebrate（including birds and mammals）,it is concluded that the evolutionary rate of hemoglobin α chain,γ chain is not invariable.It shows different evolutionary rates in different periods,that is,faster in early evolution stage and relatively slow in later stage.

A fossil-calibrated relaxed clock for Ephedra indicates an Oligocene age for the divergence of Asian and New World clades and Miocene dispersal into South America

Ephedra comprises approximately 50 species, which are roughly equally distributed between the Old and New World deserts, but not in the intervening regions （amphitropical range）. Great heterogeneity in the substitution rates of Gnetales （Ephedra, Gnetum, and Welwitschia） has made it difficult to infer the ages of the major divergence events in Ephedra, such as the timing of the Beringian disjunction in the genus and the entry into South America. Here, we use data from as many Gnetales species and genes as available from GenBank and from a recent study to investigate the timing of the major divergence events. Because of the tradeoff between the amount of missing data and taxon/gene sampling, we reduced the initial matrix of 265 accessions and 12 loci to 95 accessions and 10 loci, and further to 42 species （and 7736 aligned nucleotides） to achieve stationary distributions in the Bayesian molecular clock runs. Results from a relaxed clock with an uncorrelated rates model and fossil-based calibration reveal that New World species are monophyletic and diverged from their mostly Asian sister clade some 30 mya, fitting with many other Beringian disjunctions. The split between the single North American and the single South American clade occurred approximately 25 mya, well before the closure of the Panamanian Isthmus. Overall, the biogeographic history of Ephedra appears dominated by long-distance dispersal, but finer-scale studies are needed to test this hypothesis.

Molecular phylogeny and divergence time of Trachypithecus： with implications for the taxonomy of T. phayrei

The genus Trachypithecus is the most diverse langur taxon, distributed in southwestern China, south and southeastern Asia. In this study, we include 16 recognized Trachypithecus species to reconstruct the phylogeny with particular concern to the taxonomy of the three subspecies of Z phayrei using multiple genes. Our results support a sister-relationship between Z p. phayrei and T p. shanicus. However, the mitochondrial CYT B gene supported T. p. crepuscula as a distinct species, but the nuclear PRMI gene suggested a closer relationship between T p. crepuscula and T p. phayrei. The incongruence between nuclear and mitochondrial genes suggests that hybridization may have occurred, a fact that would benefit from re-examination using multiple unlinked nuclear genes.

Molecular phylogeny and divergence time of Trachypithecus:with implications for the taxonomy of T.phayrei

The genus Trachypithecus is the most diverse langur taxon,distributed in southwestern China,south and southeastern Asia.In this study,we include 16 recognized Trachypithecus species to reconstruct the phylogeny with particular concern to the taxonomy of the three subspecies of T.phayrei using multiple genes.Our results support a sister-relationship between T.p.phayrei and T.p.shanicus.However,the mitochondrial CYT B gene supported T.p.crepuscula as a distinct species,but the nuclear PRM1 gene suggested a closer relationship between T.p.crepuscula and T.p.phayrei.The incongruence between nuclear and mitochondrial genes suggests that hybridization may have occurred,a fact that would benefit from re-examination using multiple unlinked nuclear genes.

山羊clock和cry1基因的克隆及其在大脑和垂体中表达差异的研究

本研究旨在探讨生物钟基因clock和cry1在山羊出生后不同时期的大脑和垂体中的表达差异。在出生后30、60、90和120d共屠宰24只南江黄羊羔羊(公母各12只),取其大脑皮质层和垂体组织样品用于抽提RNA,进行分子克隆和实时荧光定量PCR分析。结果,分离克隆得到了山羊clock基因外显子1到外显子8以及cry1基因外显子6到外显子15的CDS区序列,其长度分别为1 479bp和993bp,其中clock基因部分CDS区序列与绵羊、牛、人和小鼠的对应序列相似性分别为99%、90%、94%和92%,cry1基因部分CDS区序列与绵羊、牛、人和小鼠的对应序列相似性分别为99%、98%、94%和87%。组织表达分析结果表明,性别对clock和cry1基因的表达影响不显著(P>0.05),2个基因在垂体中的mRNA表达量极显著高于大脑中的表达量(P<0.01);在不同时期的垂体组织中,clock和cry1基因表达量均呈现先上升后下降的趋势;在不同时期的大脑组织中,clock基因的表达量趋于波动平衡,呈现上升趋势,cry1基因的相对表达量呈细微的上升趋势。结果提示:clock和cry1基因的CDS区在物种间保守性较高。clock和cry1基因在山羊大脑和垂体组织中起到重要的作用,且其mRNA发育性表达模式具有组织特异性。

HCV基因型的差异性流行与进化

丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus,HCV)是导致慢性肝炎的主要病原体之一,全球感染人数大约为1.7亿。HCV基因组具有高度变异特性,利用现代遗传分类方法,可将HCV分为6个基因型和80多个基因亚型。不同HCV基因型、亚型的分布与流行具有明显地域特性:1型、2型呈全球流行态势,3型主要流行于亚洲、北美及欧洲部分地区,4型主要流行于中非、中东和欧洲地区,5型主要发现于非洲和欧洲部分国家,6型则主要在东南亚和北美地区流行。我国流行的HCV有1、2、3和6四种基因型,北方仍以1b和2a型为主要流行基因型,近年来3型和6型在华南、西南地区快速传播。据推断,云南将可能成为我国HCV流行与传播的重要源头,引起目前HCV基因型/亚型分布的较大变化,并呈现多样化的传播方式。通过溯祖理论和进化分子钟等分析方法,了解HCV不同基因型差异性流行与进化,对研究HCV的分子流行病学特征,对应性制定丙型肝炎的预防控制策略具有重要意义。

分子钟假说与化石记录

进化是整个生命科学研究的核心和灵魂 ,而早期的生命演化在生物进化过程中具有重要地位 ,是科学界研究的前沿和热点问题。基于生物的遗传距离所建立的分子进化速率 ,可用于进一步推测不同生物类群在进化历史上的分歧时间。这一间接时间数据可与化石记录所反映的直接数据进行比较。分子钟研究为探究早期生命演化提供了一个新的途径 ,不仅可用来对基于化石记录的传统结论加以验证 ,同时对于化石记录不完整的生物类群起源历史的推测具有特殊意义。然而 ,利用分子钟方法所得出的不同门类起源时间总是早于化石记录 ,因此分子钟与化石记录的矛盾仍十分突出。文中综述了基于化石证据研究后生动物起源、寒武纪生命大爆发及被子植物起源等早期生命演化的研究进展 ,介绍并分析、讨论了分子钟方法及利用分子钟研究早期生命起源时间问题及其与化石记录间的矛盾 。

谱系年代研究进展

谱系年代学是结合化石记录和分子钟方法计算"生命树"(Tree of Life)上各分歧点时间的一个新兴交叉学术领域。由于化石记录的不完整性,各类生物的起源年代和支系分化时间的确定可借助于部分化石记录和通过计算现生生物类群之间的遗传距离转换得出的相对分歧时间相结合的办法进行讨论。化石记录可代表部分生物类群起源时间的保守估计值,而分子钟方法可为那些不易保存为化石的生物类群与其姊妹群的分化时间提供依据。如果使用得当的话,两者可进行相互验证。在分子谱系年代分析中,正确使用化石校准方案是获得准确分歧时间的关键,这需要:1)正确确定化石物种在谱系树上的位置;2)正确解释化石记录所代表的时间含义(最小值、确定值、最大值及其标准差)。分子钟估算分歧时间的技术在不断改进,目前常用的分子分歧时间估算法(宽松分子钟法,如贝叶斯法、补偿性似然法等)包容分子演化速率在谱系间和随时间的变化。随着谱系年代研究的不断深入,长期困扰人们的化石记录时间与分子钟计算结果悬殊的问题正在逐渐趋于和谐并得到正确诠释。文中还讨论了有关动物起源与早期分化时间以及早期陆生节肢动物的谱系年代学研究进展。我们强调,化石记录和分子钟分析可以优势互补,两者的整合无疑将提高生物演化历史时间格架的准确度和精度,以利更好地将生命演化事件置于地球系统科学及地球环境演化史之中。

两种绒山羊线粒体细胞色素b序列分析与系统进化

【目的】研究产绒量居全国第一的中国特有种质资源-辽宁新品系绒山羊和产绒质量居全国第一的内蒙古阿尔巴斯绒山羊系统发生地位。【方法】通过PCR方法,对两种绒山羊16个个体的细胞色素b核苷酸同源区进行序列的测定,并进行比较分析。【结果】序列分析结果表明,序列全长为1140bp,定义了11种单倍型,单倍型比例为68.75%,说明辽宁新品系绒山羊和内蒙古阿尔巴斯绒山羊的遗传多态性比较丰富。利用分子钟,计算物种的分歧时间,绒山羊与山羊属其它山羊的分歧的时间大约是0.4万年,山羊属和岩羊属的分歧时间大约是3～6百万年,山羊属与绵羊属的分歧时间大约是4～7百万年。【结论】本试验成功地测定和分析两种绒山羊的细胞色素b序列,为研究绒山羊的分子进化和遗传特性奠定一定的基础。

小兴安岭代表性菌物系统进化初步研究

为探索小兴安岭菌物系统进化关系并验证可应用于该地菌物的分子钟校正时间标准,采集小兴安岭凉水国家级自然保护区代表性菌物25种,对ITS1、5.8S和ITS2 rDNA区域进行PCR扩增、测序。同源序列多重比对后分析序列特征。以核酸进化的最适模型构建最大似然树、最大简约树和邻接树,自展检验重复1 000次估计可靠性。根据分子钟推测菌物分化发生时间。25种ITS序列平均碱基组成为T=28.66%、C=24.11%、A=26.19%和G=21.03%,总体转换/颠换差R=1.274。Tajima检验支持最大似然树和邻接树的系统发育关系。对于长期进化而言,无ITS核苷酸序列以绝对恒定的速率变化,分子钟不具有通用性。构建不受分子钟约束的最大似然树,根据枝长估计红毛盘菌与其他菌物分化发生在500 Ma,灰光柄菇与其他菌物分化发生在约130 Ma,多孔菌在内的其他菌物起源于约100～120 Ma。

凤尾蕨科植物rbcL基因的适应性进化分析

为深入理解蕨类植物辐射式物种分化的分子适应机制,在时间框架下,采用位点模型和分支-位点模型对凤尾蕨科植物rbcL基因的进化式样进行了分析。通过比较模型M1a/M2a和M7/M8,在氨基酸水平上共鉴定出6个正选择位点:149I、251M、255V、282F、359S和375F,其中位点282F对维持Rubisco功能有重要作用。分别检验凤尾蕨科的附生分支和水蕨类分支发现,前者不具适应性进化位点,而后者有两个位点(230A和247C)经历正选择。相对于荫蔽的光条件,水生生境可能对RbcL亚基的选择作用更强。另外,基于UCLD分子钟模型估算出的凤尾蕨科各分支分化时间表明,该科物种丰富度的辐射式增长发生在新生代渐新世,推测古、始新世最热事件可能对物种分化的形成也产生一定作用。这对认识薄囊蕨类如何应对被子植物兴起导致的陆地生态系统改变具重要意义。

沪农灵芝1号全基因组分析和演化比较

对"沪灵芝"(Ganoderma lucidum SH)等23个真菌物种进行全基因组系统发生分析,进一步选取其中具有代表性的物种进行比较基因组学分析。全基因组系统发生分析和分子钟估计结果显示,沪灵芝分化时间(8.75百万年前)明显晚于灵芝属分化时间(180百万年前);基因家族尺寸和直系同源基因数目分析显示,与另外参试灵芝菌种相比沪灵芝基因家族具有一定的收缩趋势;进一步对基因家族数目进行比较的结果显示,沪灵芝逆转录酶家族发生了显著扩增。GO功能分析提示沪灵芝逆转录酶家族的功能富集主要为核酸结合功能和酶的催化活性。

雉科基部类群分子钟的标定

使用 10个细胞色素b蛋白质全序列对雉科基部类群的分子钟进行了顺序标定 .以鸡形目 /雁形目的分歧时间作为锚定点 ,估计雉科 /珠鸡科 林鹑科的分歧时间为 (46 .94± 7.2 7)× 10 6aBP ,Francolinus/Bambusicola Gallus,Bambusicola/Gallus和Gallusgallus/G .sonneratii的分歧时间为 (40 .36± 8.4 0 )× 10 6 ,(35 .5 3± 8.15 )× 10 6 和 (8.5 2± 3.89)× 10 6 aBP .基于生物地理格局 ,我们推测 :①雉科起源于同南美洲分离之后的非洲 ;②在Francolinus的分化过程中 ,该属的某些成员通过印度的漂移从非洲进入欧亚大陆 ;③侵入新的生境后 ,Bambusicola和Gallus的共同祖先迅速从地Francolinus分歧出来 ;④原始的Bambusicola被Gallus排挤到南中国地区 ;⑤Gallus的祖先种分裂为大陆型和岛屿型 2类 ,前者分化为Gallusgallus和G .sonneratii,后者则分化为G .lafayettei和G .varius.估计结果同前两点假设是一致的 .

裸子植物psbA基因分子进化式样的研究

为阐明裸子植物对陆生生境生态响应的分子机制,以新近的裸子植物分类系统为指导,基于psb A基因编码全序列对4亚纲53种代表植物进行分子进化分析。首先,依据"放松分子钟"模型重建裸子植物在时间尺度下系统发育关系;其次,采用6个模型(MEC/JTT、MEC/cp REV、M5、M7、M8、M8a)估测氨基酸位点ω值,并对各模型结果进行统计检测;随后,利用Bootstrap方法检PSBA蛋白内部氨基酸位点的共进化动态。结果表明,系统树提示的物种分化历程支持前期分类结果;光合系统反应中心核心PSBA蛋白有3个氨基酸位点(13、19和243)曾经受正选择压力;PSBA蛋白内部有多对氨基酸位点间构成了共进化网络。因此,psb A基因编码序列具有作为描绘裸子植物系统发育关系标记的潜力,PSBA蛋白部分位点经历了适应性进化,通过位点间共进化网络协同作用方式辅助裸子植物响应陆生生境。

后生动物起源时间的分子钟研究

后生动物是起源于“寒武纪大爆发”还是经历了一个相对较长的前寒武时期一直是动物进化史上的不解之谜。综述近年来出现的很多利用分子数据推测后生动物起源时间的分子钟研究 ,并就研究中存在的无脊椎动物与脊椎动物之间的进化速率的校正、进化速率恒定基因的判断等问题进行讨论。

草菇的系统分类地位及分化时间

对草菇(Volvariella volvacea)等19种真菌基因组进行全基因组系统发生分析并进行分子钟估计,结果显示,草菇位于草腐菌所形成的簇中,相对进化较早;由于裂褶菌(Schizophyllum commune)与草腐菌位置关系较近,并在同一个簇,推测草腐菌很可能由裂褶菌演化而来;分子钟估计显示草菇的分化时间大约为2.09亿年前。

前寒武纪生物起源时间的化石和分子钟研究

时间尺度的确定,对于估计生物有机体的分子和形态改变的速率,以及建立大进化和生物古地理学模式都是非常必要的。传统的化石记录和新兴的分子钟研究,是可以提供生物谱系起源和分支时间的两种手段。占整个地球生命历史七分之六的前寒武纪,是地球及地球上生命演化的重要时期。对前寒武纪相当繁荣的微生物的起源时间和后生动物各门类的分支演化时间的研究,一直存在着很大的争议。本文在总结化石记录和分子钟研究结果时发现:由分子钟研究得出的早期微生物的起源时间明显晚于化石记录,而在后生动物分支演化时间的估算上却早于化石资料。本文试图从两种方法自身的特点来探讨这种分支演化时间的重大差别。

光谱法和分子对接技术研究氟罗沙星与溶菌酶的相互作用（英文）

在模拟人体生理条件下,应用光谱法和分子对接技术对氟罗沙星(FIE)与溶菌酶(LYSO)的相互作用进行了研究。结果表明,FIE与LYSO的猝灭方式是静态猝灭,且在298和310K温度下的猝灭常数Ka分别为4.10×104和0.74×104 L·mol^(-1)。根据热力学参数的计算结果可知,FIE与LYSO的结合作用力主要是氢键和范德华力,结合距离(r=3.16nm,<8nm)表明从LYSO到FIE发生了非辐射能量转移。希尔系数的计算结果表明,在不同温度下的nH<1,LYSO和FIE的相互作用属于负协同作用。圆二色谱结果表明,LYSO和FIE的结合使LYSO的α-螺旋的含量由21.1%减少到8.8%。紫外光谱、三维荧光光谱、同步荧光光谱结果表明,LYSO和FIE的相互作用改变了LYSO的构象和微环境。分子对接进一步显示FIE通过氢键、极性键、疏水作用力等与LYSO活性部位的ASP-52,TRP-62,TRP-63等氨基酸残基相互作用。溶菌酶的活性实验表明,由于以上实验结果说明FIE引起了LYSO的构象改变,LYSO的活性随着FIE浓度的增大而降低,抑制了LYSO的活性。该研究结果为阐明FIE在机体内与LYSO的结合机理提供了可靠的实验数据和结果,为FIE对溶菌酶的的毒性评价和毒理学研究提供了理论依据。