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群体遗传学模拟软件应用现状

遗传 2016年第8期38卷 707-717页

作者：高峰李海鹏中国科学院计算生物学重点实验室中国科学院-德国马普学会计算生物学伙伴研究所上海200031 中国科学院大学北京100049

随着下一代测序技术的不断进步与测序价格的不断下降,越来越多物种的全基因组信息被公开。作为研究群体遗传变异模式工具之一的模拟软件必然将发挥越来越重要的作用。依据时间推演方向的不同,模拟软件可以分为依时间向前和向后推演,二... 详细信息

随着下一代测序技术的不断进步与测序价格的不断下降,越来越多物种的全基因组信息被公开。作为研究群体遗传变异模式工具之一的模拟软件必然将发挥越来越重要的作用。依据时间推演方向的不同,模拟软件可以分为依时间向前和向后推演,二者各有所长,功能上互相补充,分别适合于不同的模拟需求。这些软件在研究进化动力的影响、估计进化动力参数与验证不同进化假设以及新方法有效性等方面起着重要作用。本文简要介绍了群体遗传学相关理论知识,详细比较了近10年来发表的32款模拟软件,并对模拟软件的未来发展方向给出了建议。

关键词：群体遗传学计算机模拟依时间向前依时间向后

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基于叶绿体基因的药用梅群体遗传学研究

中草药 2022年第17期53卷 5469-5475页

作者：欧金梅杨亚湉钱程程吴瑞王瑞黄璐琦安徽中医药大学安徽合肥230012 中国中医科学院中药资源中心北京100700 安徽省中医药科学院中药资源保护与开发研究所安徽合肥230012 芜湖职业技术学院安徽芜湖241006

目的对药用梅Prunusmume开展群体遗传学研究,揭示其遗传变异情况、单倍型地理分布格局,推测其起源和多样化中心。方法采用叶绿体基因片段(psb A-trn H、rps16、trn S-trnG、ycf1b)对我国23个地区的药用梅野生群体进行测序,开展群体遗... 详细信息

目的对药用梅Prunusmume开展群体遗传学研究,揭示其遗传变异情况、单倍型地理分布格局,推测其起源和多样化中心。方法采用叶绿体基因片段(psb A-trn H、rps16、trn S-trnG、ycf1b)对我国23个地区的药用梅野生群体进行测序,开展群体遗传多样性、遗传结构和历史动态分析。结果药用梅共检测出20个单倍型,单倍型多样性(Hd)为0.790,核苷酸多样性(π)为0.001 71。AMOVA分析显示,药用梅在cp DNA水平上的遗传变异主要发生在群体间,表明该物种具有明显的谱系地理结构,群体间基因流主要以花粉流为主。中性检验和失配分布分析表明药用梅群体历史是基本稳定的,没有经历明显的快速扩张事件。单倍型中H2是分布最广泛的共享单倍型,H1、H15位于单倍型网络图中心位置。结论药用梅具有明显的谱系地理结构,群体遗传性较高,四川、福建作为药用梅主产区,也是其起源和多样化中心。

关键词：梅叶绿体基因群体遗传学谱系地理学 psbA-trnH rps16 trnS-trnG ycf1b

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群体遗传学研究中STR数据的统计方法应用

遗传 2007年第12期29卷 1443-1448页

作者：桂宏胜杨丽李生斌西安交通大学卫生部法医学重点实验室西安710061

STR作为遗传多态性较高的标记,被广泛地运用于群体遗传学的研究。对于STR分型产生的基因型频率及等位基因频率数据,文章总结了各种参数指标的计算及分析方法。其中参数指标包括杂合度、多态信息量、连锁不平衡系数、近交系数、遗传距离... 详细信息

STR作为遗传多态性较高的标记,被广泛地运用于群体遗传学的研究。对于STR分型产生的基因型频率及等位基因频率数据,文章总结了各种参数指标的计算及分析方法。其中参数指标包括杂合度、多态信息量、连锁不平衡系数、近交系数、遗传距离以及固定指数等;分析方法包括主成分分析、系统发生树、分子方差分析、R矩阵、地理信息系统以及空间自相关分析。通过这些参数指标及分析方法的使用,可以既直观又科学地揭示群体遗传结构、群体间遗传分化以及人类起源与进化等群体遗传学中研究的关键问题。

关键词： STR 群体遗传学主成分分析系统发生树 AMOVA R矩阵 GIS 空间自相关

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羊肚菌属群体遗传学和基因组进化的研究进展

中草药 2021年第18期52卷 5782-5788页

作者：尚千涵高其媛杨婷梁健王乐洒威王玛丽申智清李忠虎青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室青海西宁810016 西北大学生命科学学院西部资源生物与现代生物技术教育部重点实验室陕西西安710069 青海大学生态环境工程学院青海西宁810016 青海省海东市平安区小峡镇人民政府青海海东810600

羊肚菌Morchella esculenta是子囊菌亚门的一种大型药食两用真菌,具有重要的经济价值和药用价值。然而近年来全球气候变化,导致羊肚菌属物种的栖息地破碎和片段化,加上消费者对羊肚菌美食的喜爱,过渡采挖造成羊肚菌属野生资源急剧减少,... 详细信息

羊肚菌Morchella esculenta是子囊菌亚门的一种大型药食两用真菌,具有重要的经济价值和药用价值。然而近年来全球气候变化,导致羊肚菌属物种的栖息地破碎和片段化,加上消费者对羊肚菌美食的喜爱,过渡采挖造成羊肚菌属野生资源急剧减少,因此,急需对羊肚菌属物种资源进行保护。遗传多样性的时空分布是保护生物学的重要内容,遗传多样性关系到一个物种或类群的进化潜力和未来命运。生物基因组和进化的研究能够辅助挖掘物种深层次的优异基因资源,有利于从本质上对物种进行科学保护。从羊肚菌属的遗传多样性、遗传结构和家系关系以及基因组进化等的研究进展进行综述,以期为羊肚菌属资源的科学保护提供重要依据。

关键词：羊肚菌群体遗传学遗传多样性遗传结构家系关系基因组进化

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群体遗传学教学与研究辅助软件的设计与应用

遗传 2008年第5期30卷 642-648页

作者：高婧潘沈元曹静江苏省徐州师范大学生命科学学院徐州221116

为群体遗传学教学与研究的需要,采用Visual Basic6.0开发设计了群体遗传学教学与研究辅助软件。软件设计综合考虑了影响群体结构各方面因素,通过各种条件参数的设置、理论推算、计算机模拟和显示状态的选择,以图、表的方式精确、形象直... 详细信息

为群体遗传学教学与研究的需要,采用Visual Basic6.0开发设计了群体遗传学教学与研究辅助软件。软件设计综合考虑了影响群体结构各方面因素,通过各种条件参数的设置、理论推算、计算机模拟和显示状态的选择,以图、表的方式精确、形象直观地输出群体基因频率和基因型频率在世代间的变化、分布规律和统计特征。该软件无论从功能上,还是从操作、界面上都是目前较为完善的教学与研究辅助软件。

关键词：群体遗传学教学与研究辅助软件基因频率基因型频率

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白杄地理分布格局及群体遗传学研究

白杄地理分布格局及群体遗传学研究

作者：吴晓萌内蒙古农业大学

学位级别：硕士

白杄(Picea meyeri)生存于环境复杂多样的山区,而且此山区经证实有大规模的第四纪冰川运动存在,冰川运动可能导致其分布范围有所变化。随着全球气候变暖,导致白杄退却到气候条件更有利的地区生存,所以利用物种分布模型模拟预测白杄过去... 详细信息

白杄(Picea meyeri)生存于环境复杂多样的山区,而且此山区经证实有大规模的第四纪冰川运动存在,冰川运动可能导致其分布范围有所变化。随着全球气候变暖,导致白杄退却到气候条件更有利的地区生存,所以利用物种分布模型模拟预测白杄过去及未来的分布范围,可以为探索华北地区物种现代分布格局历史成因提供理论依据。本研究以白杄为研究对象,利用最大熵模型和地理信息系统空间分布技术对不同气候情景下白杄在我国的潜在分布进行预测,探讨影响白杄潜在分布的主要气候因子和适生区的变化。同时以9个天然分布的白杄群体为对象,基于微卫星分子标记进行群体遗传结构、遗传多样性与遗传分化的研究。主要研究结果如下:(1)基于地理数据和气候变量的潜在分布模型的适生区研究表明:随着时间推移,白杄的最适生区面积显著缩小且向东北方向高纬度高海拔地区迁移,且影响白杄潜在分布的主要气候因子为:海拔alt、最湿月降水量bio13、昼夜温差与年温差比值bio3和年平均温度bio1。(2)在白杄14对SSR引物中,位点SPL3AG1H4＿A、EAC2H08多态性最高,拥有较高的遗传变异水平。白杄的9个群体中山西省五台县五台山群体的各项遗传多样性指标值均相对偏高,遗传多样性较高,具有较好的适应能力与进化潜力;而内蒙古正蓝旗群体的遗传多样性指标值最低,遗传多样性较低。(3)通过分子方差分析表明,总遗传变异的79%来自于群体内的遗传变异。内蒙古正蓝旗群体与河北省围场满族蒙古族自治县塞罕坝群体间遗传分化系数最小,基因交流最频繁,表示两群体间遗传分化程度小,亲缘关系最近。山西省宁武县大石洞群体与内蒙古多伦县群体间遗传分化系数最大,基因交流最少,表明群体山西省宁武县大石洞和内蒙古多伦县遗传分化程度较大,亲缘关系最远。(4)根据对白杄180个个体进行STRUCTURE、和主坐标分析(PCo A)分析表明:白杄9个群体分别聚为两个类群,其中河北省兴隆县雾灵山、山西省宁武县大石洞、内蒙古土默特右旗九峰山、河北省蔚县小五台山和山西庞泉沟聚为一类;内蒙古多伦县、内蒙古正蓝旗、河北省围场满族蒙古族自治县塞罕坝和山西省五台县五台山聚为一类。(5)基于SNP标记下,白杄群体的遗传距离与地理距离显著相关,而基于SSR标记下白杄群体的遗传距离与地理距离未检测到显著相关。

关键词：白杄微卫星分子标记群体遗传学最大熵模型

发酵粘液乳杆菌群体遗传学及功能基因组学研究

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发酵粘液乳杆菌群体遗传学及功能基因组学研究

作者：李瑜内蒙古农业大学

学位级别：硕士

发酵粘液乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum,L.fermentum)在工业生产和食品发酵中应用已久,已被确定为一种公认安全的乳酸菌。其具有预防致病菌侵染和增强免疫系统等被确证的益生作用。目前,大多数发酵粘液乳杆菌的研究主要集中于... 详细信息

发酵粘液乳杆菌(Limosilactobacillus fermentum,L.fermentum)在工业生产和食品发酵中应用已久,已被确定为一种公认安全的乳酸菌。其具有预防致病菌侵染和增强免疫系统等被确证的益生作用。目前,大多数发酵粘液乳杆菌的研究主要集中于表型性状和益生特性,对菌株遗传背景和功能基因特征的研究较少。从基因组层面解析发酵粘液乳杆菌遗传多样性和功能基因特征,对其基础研究和产业化应用具有重要意义。本研究依托内蒙古农业大学乳酸菌菌种资源库,采用Illumina Novaseq高通量测序平台完成了73株发酵粘液乳杆菌的全基因组重测序,并结合NCBI Ref Seq数据库中已公布的90株发酵粘液乳杆菌的全基因组序列,对163株发酵粘液乳杆菌的群体遗传学和功能基因组学进行分析。主要研究结果如下:(1)163株发酵粘液乳杆菌基因组大小为1.92±0.17 Mb,GC含量为51.96±0.44%。不同分离源菌株基因组大小和GC含量均有显著差异,人体来源菌株拥有较大的基因组大小和较低的GC含量(P遗传变异所导致。(4)以L.fermentum F-6为参考序列,共鉴定到82,094个SNP位点,其中9,438个位于基因间区,72,656个位于基因编码区。重组分析结果表明,发酵粘液乳杆菌群体内存在重组现象,但重组程度较低。(5)功能基因组学分析结果显示,不同分离源菌株之间功能基因存在显著差异。植物来源菌株拥有特有的木聚糖酯酶,与纤维素降解有关。乳源菌株拥有较多的β-半乳糖苷酶,与其适应乳中的环境有关。同时,乳源菌株拥有较多的Spacers和Cas蛋白。表明菌株为了适应不同生境所做出了适应性改变,该物种具有一定的生境适应性。综上所述,本文基于基因组水平探究发酵粘液乳杆菌的遗传多样性,揭示其潜在遗传进化规律,并探寻不同分离源菌株之间功能基因的差异,为发酵粘液乳杆菌的基因组研究和开发利用提供理论依据。

关键词：发酵粘液乳杆菌系统发育树群体遗传学功能基因组学

斑鰶全基因组组装及基于微卫星的群体遗传学研究

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斑鰶全基因组组装及基于微卫星的群体遗传学研究

作者：张坤浙江海洋大学

学位级别：硕士

斑鰶(Konosirus punctatus)为鲱形目(Clupeiformes)、鲱科(Clupeidae)、斑鰶属(Konosirus)中唯一的一种鱼类;广泛分布于印度洋至太平洋地区。近年来随着环境污染和栖息地破坏,野生斑鰶数量急剧下降;同时,斑鰶也面临着较高的捕捞压力,已... 详细信息

斑鰶(Konosirus punctatus)为鲱形目(Clupeiformes)、鲱科(Clupeidae)、斑鰶属(Konosirus)中唯一的一种鱼类;广泛分布于印度洋至太平洋地区。近年来随着环境污染和栖息地破坏,野生斑鰶数量急剧下降;同时,斑鰶也面临着较高的捕捞压力,已经出现了小型化和低龄化等趋势。群体遗传学可用于检测群体的遗传多样性以及解析群体的遗传结构,为斑鰶渔业资源的管理和利用提供重要理论依据。但是,关于斑鰶群体遗传方面的研究还只停留在线粒体基因以及少量的核基因分子标记,而且斑鰶完整基因组的信息仍然匮乏。因此,本研究基于高通量测序技术对斑鰶全基因组进行了测序和组装,开发了一批微卫星分子标记,对斑鰶进行了群体遗传学分析。主要研究结果如下:1、采用从头测序和组装技术获得了斑鰶染色体水平的基因组序列;斑鰶基因组的大小约为800.54Mb;经Hi-C辅助组装,最终确定染色体条数为24条,Scaffold N50的评估长度为32.23Mb,染色体锚定率为98.58%;BUSCO评估完整性高达93.54%,SNP和In Del纯合率分别为0.007%和0.018%,证明基因组组装质量较高。使用从头预测、蛋白质和核苷酸水平的预测对斑鰶基因组重复序列注释,经过去冗余后注释得到的重复序列为296.85Mb,占整体基因组大小的37.08%;对蛋白编码基因的注释共得到24,298个,其中有91.08%的基因被成功注释,剩余未注释成功的8.92%(2,167)基因可能为斑鰶所特有。2、通过将斑鰶与其它十种亲缘关系较近的鱼类进行基因家族聚类分析,鉴定出斑鰶特有的基因家族为195个。系统发育分析表明斑鰶与大西洋鲱的亲缘关系最近,二者大约在9,500万年前出现了分化。对基因家族扩张和收缩事件分析发现分别有512和2,099个基因家族经历了扩张和收缩。通过对斑鰶进行正选择分析,结果鉴定出565个正选择基因,这些基因可能对斑鰶的适应性进化具有重要的作用。3、基于斑鰶参考基因组数据对微卫星分子标记(SSR)类型进行统计分析,共鉴定出了1,953,894个微卫星位点,其中两碱基重复类型最多(1,560,630),占总数的79.87%。随机挑选40对两碱基类型进行引物合成及扩增,最终成功筛选出20个稳定多态的微卫星分子标记,它们的多态性指数均大于0.5。4、利用筛选出的20个微卫星分子标记对12个斑鰶群体进行遗传分析,共检测等位基因(N)的个数为211个,平均值为10.529;平均期望杂合度(H)的范围为0.732～0.813;平均观测杂合度范围(H)为0.611～0.755;平均香农信息指数(I)范围在1.716～2.030;所有群体的近交系数范围为0.743到0.836;多态信息含量(PIC)的范围为0.700到0.793,说明这些野生斑鰶群体的遗传多样性水平较高。分子方差分析表明12个斑鰶群体的遗传差异主要来自个体间;斑鰶群体之间存在小但显著的遗传分化水平。NJ树与Structure的遗传结构较为一致,结果显示日本佐贺(RZ),韩国全罗道(HQ)和辽宁丹东(DG)组成一个类群,河北秦皇岛(QHD),山东东营(DY),山东莱州(LZ),山东日照(SRZ),江苏吕四(LS)、浙江舟山(ZS)和浙江温州(WZ)组成一个类群,广东汕尾(SW)和广东汕头(GS)组成一个类群;而UPGMA聚类与NJ树在结构上极为相似。此外,斑鰶群体近期并未经历遗传瓶颈效应。本研究首次完成了对斑鰶基因组染色体水平的组装,并完成了对其基因组注释以及比较基因组学分析工作;基于组装后的斑鰶参考基因组进行了微卫星分子类型的统计分析以及应用,使用筛选得到的微卫星分子标记对斑鰶进行了群体遗传学分析。综上所述,该研究可为斑鰶资源的管理以及合理的利用提供理论依据,同时也为深入了解斑鰶的适应性机制以及遗传学的研究奠定了基础。

关键词：斑鰶基因组比较基因组学微卫星分子标记群体遗传学

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