新城疫病毒(Newcastle disease virus,NDV)是禽类最重要的疫病病原之一,其中基因Ⅵ型NDV在鸽群广泛流行,给养鸽业造成了严重的经济损失.为深入了解基因Ⅵ型NDV在世界不同地理区域和宿主间的传播动态,本研究通过病毒分离鉴定、高通量测序、完整F基因系统发育树构建和贝叶斯系统动力学等方法进行综合分析,结果获得4株广西NDV分离株,均为基因Ⅵ型.进一步的时空分析显示,基因Ⅵ型NDV最近的共同祖先时间为1972年(95％置信区间:1965～1978),估计进化速率为1.43×10-3 substitution/site/year(95％置信区间:1.27×10-3～1.59×10-3);意大利是欧洲基因Ⅵ型NDV早期的外溢传播中心,该病毒从欧洲传播至我国,随后华东和华南成为我国的主要传播中心;病毒存在从鸽(Columba livia)到野鸟和鸡(Gallus gallus)、从野鸟到鹌鹑(Coturnix coturnix)等的跨物种传播,但病毒传播最重要的宿主是鸽.分析结果表明基因Ⅵ型NDV正快速进化,有作为突变库的潜在威胁.基于"One Health"理念,应在全球范围内加强主动监测,改善家禽管理策略,避免不同家禽之间及不同家禽与野鸟之间的直接和间接接触.这些信息有助于了解基因Ⅵ型NDV的起源、传播与进化,为制定相应防控策略提供科学依据.

以"生物有共同祖先的证据"为例,通过创设情境,提出核心问题,驱动学生思考并引出关键知识点,运用比较、观察等多种方法对化石及当今生物体上留下的进化印迹进行研究,基于证据进行逻辑推理,解决核心问题的同时阐明生物有共同祖先的观点,以此提升学生的科学思维能力,发展核心素养.

目的:本研究旨在分析2019—2020年期间我国6个省市(北京、河南、吉林、安徽、甘肃和山东)流行的人副流感病毒3型(human parainfluenza virus 3, HPIV3)的全基因组序列特征，以揭示其基因组的遗传变异特点和分子进化规律。方法:根据基因型别、遗传差异和时空分布等原则，从6个省市筛选出12株HPIV3流行代表株(其中7株为C3a型、2株为C3b型、3株为C3f型)。采用巢式RT-PCR方法进行分段重叠扩增并获取其全基因组序列。随后，构建全球HPIV3代表株的全基因组序列数据库，使用生物信息学软件开展分析。结果:研究发现，这12株HPIV3代表株的全基因组序列长度在15 227 bp~15 370 bp之间，G+C含量为35.1%~35.3%，核苷酸一致性为97.6%~99.6%，与原型株(GenBank登录号：NC_001796.2)的核苷酸一致性为94.2%~94.5%。分析我国和全球可获取的HPIV3全基因组序列显示，基因组变异方式主要为点突变，未发现碱基缺失和基因重组现象。仅在本研究的一株吉林省代表株(CHN/Jilin036/2019/C3b)的F基因3′UTR区域发现ATTAAA碱基插入，其病原学意义有待进一步研究。对基因组编码蛋白的氨基酸比对结果显示，我国和全球广泛流行的C3a分支HPIV3在N蛋白、P蛋白和L蛋白上存在分支特异性变异位点，而我国流行的部分C3a毒株在L蛋白上还存在一个独特的变异位点(N216S)，尚未发现我国C3b和C3f分支毒株存在特异性变异位点。基于全基因组的进化分析显示，全球HPIV3流行株的最近共同祖先株形成时间(the time to the most recent common ancestor，tMRCA)可追溯至1927年(95%HPD：1901—1945)，平均分子进化速率为5.29×10 －4替换/位点/年，而我国HPIV3流行株的平均分子进化速率为5.24×10 －4替换/位点/年。此外，HPIV3编码的各个基因均受到负向选择压力，其中P基因、HN基因和F基因的核苷酸变异最为显著，且其分子进化速率高于其他基因。 结论:本研究期间6个省市流行的HPIV3病毒株全基因组进化相对保守，点突变是驱动HPIV3基因组进化的主要方式。

目的:了解2015—2019年南京市HIV-1 CRF07_BC的流行史、进化模式和传播特征，为精准防控该毒株的传播提供科学依据。方法:对南京市319例HIV-1 CRF07_BC患者的 pol区基因序列扩增测序并构建最大似然树。使用MCMC(Markov Chain Monte Carlo)算法生成MCC树(Maximum Clade Credibility tree)，使用BSP(Bayesian Skyline Plot)法重塑有效人口规模数变化趋势。采用成对基因距离法构建分子网络探究其传播特征。 结果:319名HIV-1 CRF07_BC感染者中，95.0%为男性，多性伴(2个及以上)比例达82.8%，仅4.4%病例自报一直使用安全套，男男同性性行为(MSM)为最主要的感染途径(77.4%)。进化树结果显示，HIV-1 CRF07_BC呈现两大流行簇：Cluster1和Cluster2，Cluster1以MSM感染病例为主，Cluster2以异性性行为感染病例为主。Cluster1和Cluster2的最近共同祖先时间分别为2002.47(1999.91，2005.43)年、1996.38(1992.55，1999.76)年，进化速率(95% highest posterior density, 95%HPD)分别为1.73×10 -3 (1.36×10 -3 ~2.16×10 -3 )substitutions·site -1 ·year -1 、2.09×10 -3 (1.50×10 -3 ~2.79×10 -3 )substitutions·site -1 ·year -1，有效人口规模数分别在2002年、2003年之后趋于稳定。此外，Cluster1和Cluster2分别形成了11个、8个独特的分支，提示该基因型存在发散性流行的可能。分子传播网络中共形成35个传播簇，平均度数为4.3，92条南京分离序列分布在网络内。男性、MSM、多性伴有更大可能性入网，学生人群及年轻患者入网率较高。 结论:2015—2019年南京市HIV-1 CRF07_BC感染者存在低龄化现象，多性伴、无保护性行为及MSM突出。建议对学生、青年人群加以重点关注，对高危性行为制定更多有效的防控措施，并对CRF07_BC毒株进行持续的分子监测，为开展HIV CRF07_BC精准防控工作提供科学依据。

目的:研究一株新型鼠类星状病毒的基因组特点和进化关系。方法:采集221只山东省鼠类肠道内容物，采用高通量测序方法进行病毒组研究。结果:发现一株新型星状病毒，并获得该病毒接近全长基因组，命名为RoAstV/CHN/S3。RoAstV/CHN/S3具有典型的星状病毒基因组结构，相似性分析表明与啮齿类动物星状病毒和猪星状病毒4型关系最为相近。ORF2的氨基酸遗传距离结果显示，RoAstV/CHN/S3与啮齿类动物和猪星状病毒4型的遗传距离为0.557~0.655，哺乳星状病毒属内种之间的遗传距离为0.338~0.783，推断其可能为新种。根据ORF1a、ORF1b和ORF2的系统发育树结果，RoAstV/CHN/S3与啮齿类动物星状病毒、猪星状病毒4型聚为一簇，表明这些啮齿类动物星状病毒和猪星状病毒4型具有共同祖先，也提示潜在的祖先跨种传播。对221只鼠类的肠道内容物筛查结果显示，4只鼠类为阳性，阳性率为1.8%，其中3只为褐家鼠，1只为黑线姬鼠，均来自山东省济宁市。结论:新型星状病毒RoAstV/CHN/S3的发现丰富了星状病毒的多样性，为新发突发传染病的防控提供了重要的数据信息。

目的:基于血凝素-神经氨酸酶蛋白(hemagglutinin-neuraminidase，HN)基因分析我国流行人副流感病毒3型(human parainfluenza virus 3, HPIV3)的基因变异规律和进化特征。方法:采用多重荧光PCR方法对2007—2020年5个省市(北京、浙江、安徽、河南、湖南)急性呼吸道感染病例的咽拭子标本进行常见病原体核酸筛查，对HPIV3阳性标本进行HN基因序列测定，与GenBank数据库的国外和我国10个省的HPIV3流行代表株HN基因序列进行比对，应用多种生物信息学方法开展分子进化分析。结果:本研究期间从5个省市共获得49株HPIV3的HN基因序列，核苷酸同源性在96.6%~100%之间，其中48株为C3基因亚型，1株为C5基因亚型。系统进化分析显示，我国12个省市在2003—2020年间存在C1、C3和C5基因亚型的毒株共流行，毒株间核苷酸和氨基酸同源性分别为95.4%~99.8%和97.9%~100%，其中C3是我国的优势流行基因亚型，分属于C3a、C3b、C3c、C3e和C3f进化分支，以C3f的传播范围和流行时间最为广泛。对C3基因亚型的进化分析显示，其最近共同祖先形成时间(tMRCA)可追溯到1990年，有效群体规模在2002—2010年间逐渐扩张而后趋于平稳；C3各进化分支HPIV3的HN基因进化速率在3.69×10 -4~5.82×10 -4替换/位点/年之间；C3基因亚型毒株HN蛋白共享N308、N351、N485和N523潜在N-糖基化位点，选择压力以负向选择为主。 结论:C3基因亚型是我国的本土优势HPIV3流行型别，形成了广泛传播和持续流行态势，并在流行过程中形成多个进化分支共同循环。

目的 对青海地区多房棘球绦虫和石渠棘球绦虫遗传分化特征进行分析,为青海省棘球蚴病的防控提供理论依据.方法 在玉树、果洛、黄南藏族自治州等棘球绦虫主要自然疫源地捕捉小型哺乳动物,剖检采集包囊,提取包囊组织基因组DNA,PCR扩增细胞色素氧化酶1(cox1)基因并测序,运用DnaSP v6、Iqtree、BEAST v2.7.4等软件进行单倍型分析、核苷酸多态性分析、系统进化树构建及棘球绦虫属分化时间估算.结果 从2 864只小型哺乳动物中共获得55份棘球蚴包囊.55份包囊DNA样品均扩增出长度约800 bp的cox1条带,其中37份为多房棘球绦虫,18份为石渠棘球绦虫,青海田鼠多房棘球蚴患病率为1.96％(37/1 884),高原鼠兔石渠棘球蚴患病率为1.84％(18/980).37条多房棘球绦虫cox1 序列共有单倍型5个,以EmH3单倍型为主(占33/37),单倍体多样性指数为0.207,核苷酸多样性指数为0.033 55,共有156个变异位点.18条石渠棘球绦虫cox1序列共有单倍型8个,以EsH2单倍型为主(占8/18),单倍型多样性指数为0.778,核苷酸多样性指数为0.060 52;共有14个变异位点.多房棘球绦虫和石渠棘球绦虫的13个单倍型上传GenBank,单倍型EmH1～EmH5的登录号依次为 OR821706、OR821707、OR830343、OR830344、OR826123,EsH1～EsH8 登录号依次为 OR835156、OR835157、OR830376、OR830378、OR831110、OR875250、OR835161、OR841080.系统进化树分析显示,多房棘球绦虫的5个单倍型与多房棘球绦虫亚洲株聚为一支,石渠棘球绦虫的8个单倍型与GenBank中的石渠棘球绦虫聚为一支.基于cox1基因的分化时间结果显示,细粒棘球绦虫、多房棘球绦虫、石渠棘球绦虫、少节棘球绦虫和伏氏棘球绦虫的共同祖先存在于约5.67百万年前(Mya)(95％CI:4.72～6.66 Mya),细粒棘球绦虫、石渠棘球绦虫和多房棘球绦虫的平均分化时间约为2.02 Mya(95％CI:1.51～2.49 Mya).结论 青海地区多房棘球绦虫和石渠棘球绦虫具有较高的遗传多样性,其中多房棘球绦虫以EmH3单倍型为主,石渠棘球绦虫以EsH2单倍型为主.

生长素响应因子(ARF)是介导生长素信号传导并调节多种生物学过程的转录因子家族.为探究蛇足石杉ARF基因家族成员及其在高温和干旱胁迫响应中的作用,该研究利用全长转录组和RNA-seq数据,分析蛇足石杉ARF基因家族成员的系统发育及表达模式,并通过生物信息学分析,对ARF基因家族的理化性质、结构域、保守基序、系统发育、组织表达模式及高温和干旱胁迫下的表达模式进行分析.结果表明:(1)在蛇足石杉全长转录组中共筛选出 24 个ARF家族成员,均为酸性蛋白且均为亲水蛋白.(2)亚细胞定位预测显示,所有24 个HsARF均定位于细胞核.(3)系统发育分析发现,HsARF与被子植物拟南芥和水稻亲缘关系较远,与高等开花植物只有 2 个共同的ARF祖先.(4)结构域分析发现,除HsARF18/23/24外,大多数HsARF有B3 结构域.二级结构分析发现,HsARF蛋白占比最多的为无规卷曲,其次为延伸链和α-螺旋.24 个HsARF蛋白中所用的三级结构模型只有 4 种.(5)RNA-seq分析显示,7 个HsARF在所有检测的组织中表达量均较高,10 个HsARF在茎中的表达量高于根和叶,而HsARF13 和HsARF14 在叶中的表达量低于根和茎.(6)HsARF在高温和干旱胁迫下表达量发生显著变化,其中18 个HsARF基因不同程度高温胁迫诱导,有7 个HsARF基因响应干旱胁迫,其中有3 个HsARF基因受干旱诱导,有4 个HsARF基因受干旱抑制.该研究结果为蛇足石杉HsARF基因的功能和生物育种提供了理论参考.

[目的]探索胡颓子科叶绿体基因组演化趋势,为胡颓子科植物物种鉴定以及资源开发利用提供理论依据.[方法]该研究从头组装并注释了沙棘属和野牛果属共4个类群的叶绿体基因组,结合已发表的叶绿体基因组序列,比较了胡颓子科各类群叶绿体基因组的基因构成、重复序列和结构特征,建立了系统发育树,并通过高分化区定位了该科叶绿体基因组的潜在DNA条形码区域.[结果]胡颓子科各属叶绿体基因组在四分体结构、基因数量和排列上高度相似;沙棘属和野牛果属的反向重复区(IR)和整个基因组重复序列数目较胡颓子属有扩张和增加的趋势.胡颓子科18个类群的叶绿体全基因组序列的系统发育树中,胡颓子属个体聚为一支,最先分化出来,沙棘属和野牛果属各自聚为一支,具有最近的共同祖先;从长单拷贝区(LSC)和短单拷贝区(SSC)筛选出3个DNA条形码候选区,其中ycfI基因的鉴定效果最佳.[结论]胡颓子科的叶绿体基因组结构保守,但其非编码区序列在各属间存在明显差异,且IR区序列与重复序列在演化过程中分别有扩张和增多的趋势.研究选定的DNA条形码序列能很好区分胡颓子科各属之间以及胡颓子属内物种间关系.

物种是生物学中最基本的分类单元,对于珍稀濒危物种而言,物种的正确界定对于制定保护措施至关重要.分布于中国亚热带地区的百山祖冷杉(Abies beshanzuensis)、资源冷杉(A.ziyuanensis)和大院冷杉(A.dayuanensis)种群极小,且分类上长期存在争议.现行分类依据形态和地理分布将大院冷杉归并到资源冷杉,又将资源冷杉处理为百山祖冷杉的变种,但分子证据不足.该研究对百山祖冷杉、资源冷杉和大院冷杉分布区内8个种群的23株个体进行靶向捕获测序,获得了60个单拷贝核基因中的805个单核苷酸多态性位点.种群遗传结构和历史动态分析表明,这些个体可分为两个谱系,分别对应于百山祖冷杉和资源冷杉,其中资源冷杉在2.35 Ma前与百山祖冷杉和大院冷杉的共同祖先分化,而大院冷杉与百山祖冷杉亲缘关系更近,形成一个谱系.百山祖冷杉、资源冷杉和大院冷杉的遗传多样性水平整体较低,种群间存在较为明显的遗传分化(遗传分化指数0.083-0.208).由于未检测到分化后的谱系间遗传交流,推测分布区的碎片化是谱系间遗传交流受阻进而产生分化的主要原因.生态位比较分析结果显示百山祖冷杉、资源冷杉和大院冷杉这群濒危冷杉分布区的年平均气温和最冷季平均气温显著高于东亚分布的非濒危冷杉物种,因此,该研究认为全球气候变暖是导致其濒危的关键因素.综合以上研究结果,该研究对百山祖冷杉、资源冷杉和大院冷杉这群植物进行新的分类处理,将大院冷杉处理为百山祖冷杉的异名,确认资源冷杉种的地位.在对其濒危机制深入理解的基础上,建议在西南的横断山和秦巴山地区尝试迁地栽培实验,同时就地人工辅助育种.