Permanent Genetic Resources added to Molecular Ecology Resources Database 1 May 2009-31 July 2009

This article documents the addition of 512 microsatellite marker loci and nine pairs of Single Nucleotide Polymorphism (SNP) sequencing primers to the Molecular Ecology Resources Database. Loci were developed for the following species: Alcippe morrisonia morrisonia, Bashania fangiana, Bashania fargesii, Chaetodon vagabundus, Colletes floralis, Coluber constrictor flaviventris, Coptotermes gestroi, Crotophaga major, Cyprinella lutrensis, Danaus plexippus, Fagus grandifolia, Falco tinnunculus, Fletcherimyia fletcheri, Hydrilla verticillata, Laterallus jamaicensis coturniculus, Leavenworthia alabamica, Marmosops incanus, Miichthys miiuy, Nasua nasua, Noturus exilis, Odontesthes bonariensis, Quadrula fragosa, Pinctada maxima, Pseudaletia separata, Pseudoperonospora cubensis, Podocarpus elatus, Portunus trituberculatus, Rhagoletis cerasi, Rhinella schneideri, Sarracenia alata, Skeletonema marinoi, Sminthurus viridis, Syngnathus abaster, Uroteuthis (Photololigo) chinensis, Verticillium dahliae, Wasmannia auropunctata, and Zygochlamys patagonica. These loci were cross-tested on the following species: Chaetodon baronessa, Falco columbarius, Falco eleonorae, Falco naumanni, Falco peregrinus, Falco subbuteo, Didelphis aurita, Gracilinanus microtarsus, Marmosops paulensis, Monodelphis Americana, Odontesthes hatcheri, Podocarpus grayi, Podocarpus lawrencei, Podocarpus smithii, Portunus pelagicus, Syngnathus acus, Syngnathus typhle,Uroteuthis (Photololigo) edulis, Uroteuthis (Photololigo) duvauceli and Verticillium albo-atrum. This article also documents the addition of nine sequencing primer pairs and sixteen allele specific primers or probes for Oncorhynchus mykiss and Oncorhynchus tshawytscha; these primers and assays were cross-tested in both species.

中国西南地区晚二叠世莲座蕨目植物研究

本论文应用揭膜方法（Peeling Method）对产于我国西南地区滇东黔西一带晚二叠世地层中的保存有解剖构造的莲座蕨目化石进行了较为深入的研究，包括3 种茎和一种生殖器官。3 种茎中有二种为本文首次研究，均归入辉木属Psaronius Cotta，建立了二个新种：盘县辉木P. panxianensis 和老屋基辉木P. laowujiensis；另外一个种－田氏辉木P. tianii Li（MS）为前人所建立，但未正式发表，本文做了重新研究，新发现了一些特征，并对一些已有特征做了修订。讨论了这3 个种一些重要特征的分类和系统演化意义，这些特征包括：叶迹最后分出时的维管构型、维管束鞘和边缘茎维管束内侧的厚壁组织束。通过对不同地区和不同时代辉木属已有种的特征分析，对辉木属属下分类做了尝试，根据维管束是否结成环状、叶迹维管构型、是否具维管束鞘、边缘茎维管束内侧的厚壁组织束的发育与否、边缘茎维管束是否分叉等特征将辉木属已有种（包括本文所研究的3 个种）分为5 个组：1. Blicklei 组，代表种为Psaronius blicklei Morgan，包括欧美植物区目前已知各种，可能还包括华夏植物区的一些种。它们的主要特征是：不具维管束鞘；边缘茎维管束内侧的厚壁组织束不发育。2．Panxianensis 组，代表种为盘县辉木Psaronius panxianensis He，Wang，Hilton,Tian et Zhou，包括王氏辉木、老屋基辉木、江苏辉木，可能还有八角辉木和六角辉木。最主要特征是：具维管束鞘，简单，仅由薄壁细胞构成；边缘茎维管束内侧具树枝状和伞状或锚状厚壁组织束；叶迹由3 根维管束构成。该组目前仅发现于华南地区二叠系。3. Tianii 组，以田氏辉木Psaronius tianii Li（MS）为代表，目前只有这一个种。该组的主要特征：具维管束鞘，复杂，可分为两层；边缘茎维管束内侧具菊花状厚壁组织束，且每两环维管束之间具两条厚壁组织束，其中一条连续，另一条不连续；叶迹呈歪斜的弓形或M 形；叶迹维管束与茎维管束等粗；边缘茎维管束可分叉。该组目前仅发现于华南地区二叠系。4. Brasiliensis 组，以巴西辉木Psaronius brasiliensis Brongniart 为代表，除巴西辉木外，可能还包括P. sp. Herbst。该组的最主要特征就是其维管束的一端内卷并与主体部分连接形成一个封闭的环状构造；茎中央的维管束小，形态多变，而且排列十分不规则。该组目前仅发现于南美地区二叠系。5. Sinuosus 组，以P. sinuosus Herbst 为代表，目前也只有此一个种。其最主要的特征就是叶迹具多个维管束，且排列无规则；茎维管束非常长，呈盘绕状。该组目前仅发现于南美地区二叠系。生殖器官归入虫囊蕨属Scolecopteris（Zenker）Millay，建立一新种：贵州虫囊蕨。该种仅保存有聚合囊和分散的孢子囊，生殖小羽片不明。孢子囊面向外的壁较厚，但分化，自内向外可分为三部分；孢子具三缝，较大，直径55-60μm。由于该种同时拥有Millay 认为的原始特征（大的孢子）和进化特征（即分化的孢子囊面向外的壁）。很可能Millay 的观点仅仅反映了欧美植物区虫囊蕨属的演化规律。

野大豆和栽培大豆抗盐分子标记的研究

野大豆群体3和群体4属盐渍群体，其个体有的是抗盐的，有的是敏感的，有的是中等抗盐的，本文通过随机扩增多态性DNA (RAPD)和DNA扩增指纹(DAF)分析野大豆群体抗盐性与分子标记之间的关系，从而更好地研究野大豆群体的盐适应机理。通过12个RAPD引物和3个DAF引物扩增发现：引物OPF05，OPF19和OPH02的扩增产物中有与抗盐性可能相关的特异标记，分别是OPF05_(213);OPF19_(4361);OPF19_(1727);OPF19_(1400);OPF19_(700);OPH02_(1350)。这些特异标记在所研究的抗盐植株中都存在;在敏感型植株中都不存在;在中等抗盐植株中有的存在，有的不存在。以上表明野大豆群体的抗盐性与RAPD分子标记有一定的相关性。为进一步研究抗盐性的特异标记，本文对栽培大豆抗盐品种Morgan和文丰七号的特异DAF标记片断8-27_(240) (Zhong et al., 1997)进行了克隆测序，测序结果通过BLASTn程序与基因库中的基因序列进行同源比较，发现上的DNA序列中的19组（每组大约二十到三十个碱基）序列与基因库中的其它基因相应序列有很高的同源性，几乎全部100%同源。尤其目的序列第15个碱基到第33个碱基（共19个碱基）之间的序列与基因库中的25个基因的相应序列的同源性全部是100%，并且与之相比的基因大多来自动物和人。因而推测其有可能是保守区，而不是编码区。进一步用DNASIS软件分析其碱基组成(A/T含量是64.9%，G/C含量是35.1%)并进行翻译，结果同样表明此序列可能是一调控序列并非编码区。至于这段序列是否与抗盐紧密相关，这有待于以后把此序列转到敏感型植株中然后检测其抗性来验证。 本文还通过RAPD分析野大豆群体3和群体4的多态性，发现群体3的多态性明显高于群体4。野大豆群体3的抗盐性大于群体4早已通过生理指标的鉴定，至于多态性与抗盐性之间是否有必然联系，还需进一步研究讨论。利用RAPD数据，通过MEGA软件中的NJ计算遗传距离的方法对群体3和4进行聚类分析，研究野大豆群体间及群体内个体间的亲缘及进化关系，探讨野大豆群体盐适应机理的分子起源。

有机化合物结构自动解析专家系统研究

本文建立了一个能用于含N、P、O、S、Si及卤素等多种杂原子的有机化合物结构自动解析专家系统ESESOC(Expert System for the Elucidation of the Structure of Orsanic Compounds)。它可从未知化合物的分子式、光谱数据(包括IR, MS，~1HNMK ~(13)CNMR, 2D-NMR等)及其它化学信息自动地推衍出与己知信息相一致的候选化合物结构。ESESOC系统由三个部分组成：(1)光谱知识库及其光谱解释模块；(2)结构产生器；(3)结构验证模块。其结构解析基本过程为：从分子式、光谱数据或其它化学信息出发，由未知化合物的光谱数据去检索光谱知识库，即进行数据分析并推断出该未知化合物中可能含有的结构碎片，然后由结构产生器从这些结构碎片进行候选化合物结构的穷举生成，最后对候选结构进行验证并输出结果。从而实现由化合物光谱数据鉴别未知化合物结构的自动化。结构产生器是系统的核心模块。对一个结构产生器的基本要求是：穷举性，非冗余性，有效性。要完成一个能实际使用的结构产生器，效率则是至关重要的。ESESOC系统生成结果的穷举和非冗余性己通过与图论计算结果及著名的DENDRAL系统的生成结果相比较得以证明。如由本系统生成的烷烃系列C_nH_(2n+2)，及醇、醚系列C_nH_(2n+2)0的异构体数目与图论理论计算的数目相同；对C_5H_n n = 12，10，8，6，4，2，O；C_6H_n n = 14，12，lO，8，6，4，2，O系列，及含多种杂原子(O、N、S等)的复杂体系，其异构体生成结果则与DENDRAL系统的生成结果完全一致(DENDRAL系统的结构生成算法是经数学证明了是正确的，其结果已被很多系统引为穷举和非冗余性的例证)。关于ESESOC系统的有效性，在同一计算机上测试结果表明ESESOC系统的结构生成效率比著名的日本的CHEMICS系统高很多倍。结构解析专家系统另一重要组成部分为谱图知识库，它是逻辑推理的基础。专家系统的效能取决于其子结构一子光谱相关的知识库的有效性，所以要建造一个有效的~(13)CNMR知识库，关键在于建立一个好的子结构模型．在~(13)CNMR知识库中，子结构的概念与常规的子结构概念有所不同，它包括两个组成部分，(1)中心原子，它对应于一个化学位移；(2)环境部分，结构环境决定了中心原子的化学位移峰的位置。子结构模型的选择要适当兼顾信息全面和防止“组合爆炸”两个因素。ESESOC系统从~(13)CNMR本身的特征出发，提出了不确定层数的子结构模型。即以共振碳原子为中心，以与之相连的完整的官能团为外围环境，对这样的子结构，其外围环境根据官能团的不同可以是一层、或二层乃至多层，即环境层数是可变的。此即为ESESOC系统的广义-层子结构模型，它具有包含结构信息全，所有可能存在的子结构数量适中等优点。在此子结构模型的基础上，从CIAC-~(13)CNMR谱图数据库统计出。~(13)CNMR知识库，即子结构-~(13)CNMR化学位移相关表。ESESOC系统中结构验证方法有： ~(13)CNMR谱峰数预测，~(13)CNMR波谱模拟，应力能计算等。在结构解析专家系统研究中还涉及到如下三个问题：(1)结构编码；(2)结构之间相互比较；(3)结构中原子的对称性分析。在本研究中，对这些问题都提出了新的方案，并均获得较好结果。(1)在建造化合物结构信息系统时，首先要解决化合物结构的计算描述，即结构编码问题，以进行化合物结构的计算机存储和管理。为此我们提出了两种新的拓扑指数编码方案，即ID指数和EAID指数。由ESESOC结构产生器穷生成了含1-22个碳原子的380多万个链烷烃异构体，含1-12四价碳原子的20多万仑复杂多环异构体及40多万个含杂原子的化合物，通过对这3个系列共440多万个化合物结构的验证，结果表明，ID和EAID指数对这440多万个化合物结构均能唯一地区分，即没有出现简并(简并是指两个或多个不同的结构具有相同的拓扑指数值)。这是迄今未见报道的。(2)在计算机结构信息处理中，最常遇到的一个问题就是确认一个结构是新结构还是为已知结构，这就要把该结构与库中的结构进行逐个比较。为了结构的比较，我们以二维连接表描述化合物的结构，因连接表随化合中原子的编序的变化而变化，因而就需要有一套序号赋值规则，无论结构图在画法或形状以及原子的序号上如何变化，都可使得结构图中的各原子按该规则得到唯一的排序方案。ESESOC系统的唯一性序号方案集中了Morgan算法及其改进方案之所长，并加入新的图的不变量，如最小环指数等以正确地划分分子中的原子，从而得到一个新的唯一性排序方案，该方案效率较高，可适用于各类复杂化合物。在ESESOC系统中，我们还以一维的整数数组来存贮和管理二维连接表，即得到压缩连接表，这在结构比较时大大地节省了系统开销，提高了比较速度。在同一结构中，若各原子由两种不同编序方案得到同一连接矩阵，则与某一序号所对应的两个原子所在结构图中的拓扑环境是等价的，也就是说两个节点是拓扑等价的，或具有拓扑对称性(Topological Symmetry)。化合物结构中原子的唯一性排序算法，有机化物结构异构体穷举生成过程中冗余对接的消除，NMR谱模拟等都与拓扑对称性密切相关。在ESESOC系统建造过程中，我们提出了三个新的拓扑等价性分析算法，它们是基于节点矩阵的拓扑等价性算法，基于全通道算法的拓扑等价性算法，以及基于扩展连接矩阵算法的拓扑等价性算法。这些算法结果准确，效率高，适用于各类化合物。

Complex organization of the Streptomyces avermitilis genes encoding the avermectin polyketide synthase

The avermectin (Av) polyketide synthase (PKS) and erythromycin (Er) PKS are encoded by modular repeats of DNA, but the genetic organization of the modules encoding Av PKS is more complex than Er PKS. Sequencing of several related DNA fragments from Streptomyces avermitilis that are part of the Av biosynthetic gene cluster, revealed that they encode parts of large multifunctional PKS proteins. The Av PKS proteins show strong similarity to each other, as well as similarity to Er PKS proteins [Donadio et al., Science 252 (1991) 675–679] and fatty acid synthases. Partial DNA sequencing of the 65-kb region containing all the related sequence elements in the avr genes provides evidence for twelve modular repeats encoding FAS-like domains. The genes encoding the Av PKS are organized as two sets of six modular repeats which are convergently transcribed.

Infrared heater arrays for warming ecosystem field plots

There is a need for methodology to warm open-field plots in order to study the likely effects of global warming on ecosystems in the future. Herein, we describe the development of arrays of more powerful and efficient infrared heaters with ceramic heating elements. By tilting the heaters at 45 degrees from horizontal and combining six of them in a hexagonal array, good uniformity of warming was achieved across 3-m-diameter plots. Moreover, there do not appear to be obstacles (other than financial) to scaling to larger plots. The efficiency [eta(h) (%); thermal radiation out per electrical energy in] of these heaters was higher than that of the heaters used in most previous infrared heater experiments and can be described by: eta(h) = 10 + 25exp(-0.17 u), where u is wind speed at 2 m height (m s(-1)). Graphs are presented to estimate operating costs from degrees of warming, two types of plant canopy, and site windiness. Four such arrays were deployed over plots of grass at Haibei, Qinghai, China and another at Cheyenne, Wyoming, USA, along with corresponding reference plots with dummy heaters. Proportional integral derivative systems with infrared thermometers to sense canopy temperatures of the heated and reference plots were used to control the heater outputs. Over month-long periods at both sites, about 75% of canopy temperature observations were within 0.5 degrees C of the set-point temperature differences between heated and reference plots. Electrical power consumption per 3-m-diameter plot averaged 58 and 80 kW h day(-1) for Haibei and Cheyenne, respectively. However, the desired temperature differences were set lower at Haibei (1.2 degrees C daytime, 1.7 degrees C night) than Cheyenne (1.5 degrees C daytime, 3.0 degrees C night), and Cheyenne is a windier site. Thus, we conclude that these hexagonal arrays of ceramic infrared heaters can be a successful temperature free-air-controlled enhancement (T-FACE) system for warming ecosystem field plots.