云南大学PNAS新文章挑战遗传经典学说

中国教育装备采购网2011-09-20 09:29围观230次我要分享

  

 

  近日来自云南大学、中科院昆明动物研究所、美国德克萨斯大学以及美国博林格林州立大学(简称BGSU)的研究人员在新研究中揭示了有关黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)种系突变(germline mutation)的分布模式,这一研究成果在线发表在9月2日的《美国科学院院刊》(PNAS)上。

  来自云南大学的符云新教授和中国科学院昆明动物研究所所长、云南大学特聘教授张亚平院士是这一论文的共同通讯作者。

  突变是遗传变异的最终来源,其在生物学中的重要性早已得到普遍共识。突变可发生于高等生物的受精卵经一系列细胞分裂形成成体细胞的过程中。由于发生于较早期细胞分裂过程中的突变将会影响更多的组织,并更有可能被遗传给下一代,因此,了解种系细胞发育过程中突变分布的细节,不仅有利于加深我们对许多遗传缺陷的了解,还有助于解释突变研究中一些更广泛的问题,包括群体/进化生物学领域的问题。然而,由于短时内细胞分裂发生的突变极难观察,即使对于已被深入研究的模式物种,对其突变的发生速率及在不同发育阶段分布的模式也知之甚少。详细地分析突变的分布,不仅要有高解析度的实验数据,还需要有关种系细胞谱系动态的知识和新的统计分析方法。

  在这项研究的为期4年的实验过程中,研究人员观察了共8618个家系的每一个中的突变体数目以及每个独立突变的频率,其丰富的信息使得雄性黑腹果蝇在发育的不同阶段的自发隐性致死/近致死突变速率第一次得以严格分析。论文作者开发了用于分析此类数据的新的统计方法,获得了种系细胞发育不同阶段的突变速率变化。研究结果表明,在种系细胞发育的不同阶段,自发隐性致死/近致死突变的速率呈现高度变化,其中第一次卵裂(Cleavage)过程中的突变速率最高,第二次或随后几次卵裂过程中的速率显著降低;在第一次卵裂与精子形成期(Spermatogenesis)之间,各次分裂的突变速率至少低一个数量级;精子形成过程中的突变速率也较高。

  上述研究结果彻底否定了种系发育过程中速率恒定的流行观点,对于以往基于此观点的研究及其得出的结论提出了质疑,包括对雄性主导进化(male-driven evolution)的理论作出了新的解释。此外,论文作者所构建的新的个体内溯祖理论及其突变统计分析方法,将可能应用于进一步研究人类生殖细胞、体细胞和肿瘤细胞的突变模式。

  (生物通:何嫱)

  推荐原文摘要:

  Highly variable recessive lethal or nearly lethal mutation rates during germ-line development of male Drosophila melanogaster

  Each cell of higher organism adults is derived from a fertilized egg through a series of divisions, during which mutations can occur. Both the rate and timing of mutations can have profound impacts on both the individual and the population, because mutations that occur at early cell divisions will affect more tissues and are more likely to be transferred to the next generation. Using large-scale multigeneration screening experiments for recessive lethal or nearly lethal mutations of Drosophila melanogaster and recently developed statistical analysis, we show for male D. melanogaster that (i) mutation rates (for recessive lethal or nearly lethal) are highly variable during germ cell development; (ii) first cell cleavage has the highest mutation rate, which drops substantially in the second cleavage or the next few cleavages; (iii) the intermediate stages, after a few cleavages to right before spermatogenesis, have at least an order of magnitude smaller mutation rate; and (iv) spermatogenesis also harbors a fairly high mutation rate. Because germ-line lineage shares some (early) cell divisions with somatic cell lineage, the first conclusion is readily extended to a somatic cell lineage. It is conceivable that the first conclusion is true for most (if not all) higher organisms, whereas the other three conclusions are widely applicable, although the extent may differ from species to species. Therefore, conclusions or analyses that are based on equal mutation rates during development should be taken with caution. Furthermore, the statistical approach developed can be adopted for studying other organisms, including the human germ-line or somatic mutational patterns.

  作者简介:

  符云新(Yun-xin Fu)

  教授,海南东方人,美国德克萨斯州立大学人类遗传学研究中心( UT-Houston School of Public Health Human Genetics Center)特聘教授,云南大学特聘教授。

  符教授在群体遗传学和理论进化遗传学界有很高声望。他提出的几种符氏理论在中性检验中有广泛应用,是群体遗传教科书中必不可少的内容。美国NIH遗传研究委员会成员,世界著名杂志《遗传学》(Genetics)和《分子生物学和进化》(Molcular Biology and evolution)副主编。

  1982年毕业于中山大学;1986-1988年在英国雷丁大学从事生物统计学研究,获博士学位;1988-1989年、1989-1990年、1990-1991年分别在英国国家医学研究院、美国佐治亚大学、德克萨斯大学从事博士后研究。主要从事计算生物学研究, 包括分子群体遗传学和分子进化;自2003年起担任云南省生物资源保护与利用重点实验室特聘教授,组建了计算基因组学实验室并任研究组长。

  张亚平

  院士,中共党员,理学博士,研究员,博士生导师。1991年在中科院昆明动物研究所获博士学位,1992-1995年初在美国圣地亚哥动物协会做博士后研究,1995年回国任研究员,现任中国科学院昆明动物研究所所长,中国遗传学会动物遗传专业委员会主任;《Cell Research》、《自然科学进展》、《遗传学报》、《科学通报》、《动物学报》、《生物多样性》、《动物学研究》等刊物编委。

  他的研究小组主要从事进化基因组和基因组多样性研究,建立了广泛稳定的国际合作关系。他和合作者对哺乳动物重要类群的演化开展了系统深入的研究,澄清了一些类群系统与演化中的一些重要问题;在建立了东亚人群mtDNA单倍型类群的系统发育关系及基础上,探讨了东亚特别是中华民族的源流和人群的迁移与分化,提出了一些新观点;在我国系统研究了一些濒危动物和主要家养动物的遗传多样性;发现我国南方及周边地区是家养动物驯化的重要区域,证明遗传多样性的贫乏与物种濒危之间没有必然的对应关系;在脊椎动物中首次证明了微进化时间范围DNA进化速度有显著差异的现象,说明使用分子钟时应特别谨慎;深入开展了基因的起源进化和生物适应进化机制的研究,揭示了食物适应的一些遗传机制。1995年回国以来,在《Nature》、《Science》、《PNAS》、《Nature Genetics》、《American Journal of Human Genetics》等国际著名SCI刊物发表了一批论文,他们的论文已被引用约800次。因为在分子进化与遗传多样性方面的重要贡献,2002年荣获在美国颁发的国际大奖"Biodiversity Leadership Awards",成为第一位获此殊荣的亚洲学者。他还先后获得过中国青年科学家奖、中国青年科技奖等奖励。 2001年入选国家创新研究群体。他与美国、日本等国的多个实验室有长期的合作关系,并联合培养研究生。已招收培养了一批博士和硕士研究生。

  目前主持在研若干项国家和省部级项目,包括国家自然科学基金委创新研究小组项目"分子进化与进化基因组" (360万),中国科学院重要方向研究项目"动物的种群遗传及其与生态适应的关系" (300万)等重大项目。

来源:北京研吉生物试剂有限公司作者:北京研吉生物试剂有限公司

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