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我校研究团队提出进化学研究新模型

发表时间:(2017-05-31)

 

        近日,国际著名学术期刊《Briefings in Bioinformatics》(2016年影响因子8.399)在线发表了计算生物学中心与国家花卉工程技术中心合作的研究论文“The genetic architecture of heterochrony as a quantitative trait: Lessons from a computational model”。论文提出了表型性状进化研究的新观点,为当前进化研究的热门领域—evo-devo提供了重要分析工具。花卉中心讲师孙丽丹与计算生物学中心博士研究生桑蒙蒙为共同第一作者,通讯作者是邬荣领与张启翔教授。两个中心其他人员也参与这项工作。

 

        上世纪七十年代初,现代进化理论创始人Dobzhansky提出“Nothing in biology makes sense except in the light of evolution”观点,确立了进化学在整个生物学领域的核心地位。当前进化研究早已超出了对物种起源理论上的兴趣,人们开始探索如何利用进化学研究成果来指导动植物育种及针对人类疾病形成机制的药物设计与干扰。

 

        在Dobzhansky进化理论基础上,人们进一步把发育学与进化理论相结合,形成一门跨学科的发育进化生物学(evo-devo)。evo-devo把性状形成过程准则引入进化研究,试图探讨进化过程中的发育驱动力,从而更准确地预测进化趋向。

 

        然而,近三十年来evo-devo的研究主要依赖于化石材料,或其他突变体材料,缺少能针对任何不同物种的通用分析工具。我研究团队把他们在国际上率先创立的“功能作图”方法引入evo-devo研究,利用基因作图群体的优势,系统解析发育进化过程中的基因调控机制,有力推动了evo-devo研究从描述性到定量化方向的发展。

 

        这篇新发表的论文,引入一个发育研究中的经典概念—异时性(heterochrony)。异时性由德国生物学家Haeckel于1875年首次提出,是把发育过程分解为不同发育时间节点、发育速率与发育长度等元素,利用这些细化的元素对发育进化的动态过程进行预测。异时性在进化研究领域产生了重要的影响;例如,利用这一概念,人们发现成年鸟类实际上是幼体恐龙的演化体,也就是说, 由于在某个时间节点的异时性变异,恐龙快速发育,最终进化为鸟类。

 

        研究人员利用功能作图方法,推导出计算异时性对发育变异的影响,以及这一概念在研究异速生长、基因型-环境互作中的作用,更进一步发现影响异时性的基因与进化起源。以我国十大名花之首—梅花为材料,利用新理论研究了木本植物萌条生长异时性变异, 并对梅花异时性基因进行了定位与解析,研究结果对于理解该物种生长习性具有重要意义,并对今后精确分子设计育种提供重要的理论基础。

 

        论文连接: https://academic.oup.com/bib/advance-articles

来源:计算生物学中心           作者:梁丹