鸟类基因组的进化模型

发布时间：2020-04-06 18:49

【摘要】：鸟类是四足类动物中最丰富的一类脊椎动物,鸟类快速演化形成了超过10,000个不同物种,但产生这些鸟类生物多样性的机制仍不清楚。鸟类的基因组资料为定量研究基因组进化提供了重要的依据。一方面,基于47种鸟类的全基因组核苷酸序列数据,验证了已建立的鸟类基因组核苷酸频率的进化方程,研究了核苷酸频率的演化机制和规律。通过对鸟类的基因组数据进行拟合,确定了进化惯性参数、耗散参数和环境参数。在此基础上,对每种碱基的进化速率进行了估计,并推导出了鸟类整个基因组长度的演化规律。我们发现,鸟类基因组的增长和信息在短时间内迅速积累起来。基因组迅速扩展后,基因组的核苷酸频率达到相对稳定的值,这与所谓的“进化停滞”相对应。另一方面,验证了鸟类基因组的量子进化方程,从基因组突变出发研究了新鸟产生的统计学规律。通过计算新生鸟类的量子跃迁几率,构造出能够反映鸟类进化过程的鸟类量子进化树,从量子角度研究了鸟类的起源与进化。从中发现:(1)新种产生是随机事件,遵循统计学规律;(2)鸟类性成熟时间在进化中具有重要的物种特征性;(3)量子跃迁几率的相近程度可以用来判定鸟类的亲缘关系。本文的研究结果为了解新生鸟类在后白垩纪时期的快速产生的规律提供了一条新的线索,获得了关于鸟类进化更全面的图景。本文提出的方法为鸟类和其他物种的进化问题定量研究提供了一种普遍的方法。
【图文】：

曲线,演化曲线,绿色,蓝色

(c) (d)图 3.1 当 f/c 分别为 0.0005(a)、0.0017(b)、0.0025(c)和 0.0050(d)时 N(红色)和 xi(AT-蓝色，GC-绿色)的演化曲线。τ=0 表示当前时间。Fig.3.1 The evolutionary curves of N (in red) and xi(AT in blue, GC in green) with τ when f/c is 0.0005 (a),0.0017 (b), 0.0025 (c) and 0.0050 (d) respectively. τ=0 means present time.方程(3.1.7)中唯一未定参数是 f/c, 在解方程中我们发现：f/c 在 0.0017 邻近是最佳选择；f/c 太小则 N 达极大后下降过快，f/c 太大则曲线上升达到极大的时间太小，因而定出的进化惯性 c 太大如图 3.1 所示，为图 3.1 所用的参数及其解出的参数(α，β，f/c 为输入；f，c，为解；dxA/T/dτ，dxC/G/dτ 为和 k1=0.25，k2=0.24 相应的初条件值) 表 3.1 图 3.1 中使用或推断的参数的值Table.3.1 The values of the parameters used or deduced in figure 3.1图号 α β(×10-9) f/c f(yr) c(yr) △τdxA/T/dτ(τ=0)dxC/G/dτ(τ=0)1(a) 0.18 1.0435 0.0005 0.23 452 8850 850 800

曲线,鸟类,频数,曲线

图 3.2 12 种鸟类 N 的频数随 τ 的进化曲线Fig.3.2 The evolutionary curve of frequency N with τ for 12 birds注：图 3.2 是横坐标范围为[0,53500]的 N-τ 图，τ = 0 和 τ = 3500 分别相当于初始时间和现在时间；从上到下的 12 条曲线对应于表 3.2 中 1 到 12 号鸟Note: Figure 3.2 is N-τ graph with the abscissa range [0,53500]. τ = 0 and τ =3500 correspond to the initial andpresent time respectively. The 12 curves from top to bottom correspond to birds of No 1 to No.12 given in table3.2.鸟类基因组的 N 在 3500的时间段内随时间 τ 快速增加，信息迅速积累在基因组初始扩张达到现时值之后，核苷酸频数就基本保持不变这解释了鸟类进化中普遍存在的进化停滞现象如图 3.2 所示，理论还预言了从现时＝ 3500到很久之后的＝ 53500这段时间(约为初始＝ 0到现时＝ 3500的 15 倍)内，，鸟类的核苷酸总数 N 会有所下降，部分鸟的 N 下降可达 5%(75 10) 这个下降率很低，和现有观察资料不矛盾 3.4.2 参数的选择问题方程中环境参数 β 由(3.2.2)确定
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q951

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