隆額網(wǎng)翅蝗線粒體基因組全序列的測定與分析.pdf

1、昆蟲線粒體DNA是共價閉合的環(huán)狀雙鏈DNA分子，大小一般為15.4～16.3kb，以高拷貝數(shù)目存在于線粒體內。線粒體DNA的分子質量小，核酸序列和組成比較保守，基因組中不含間隔區(qū)和內含子，無重復序列和不等交換，拷貝數(shù)多，易于提取、擴增和分析；在遺傳過程中不發(fā)生基因重組、倒位、易位等突變，嚴格遵守母系遺傳方式，只需少量個體材料就能反映群體的遺傳結構；基因組的替換率比核DNA高5～10倍，適合做進化生物學研究。 本文測定和分析了隆額

2、網(wǎng)翅蝗線粒體全序列，并且將其于已經(jīng)測出全基因組的2種其他直翅目昆蟲的mtDNA進行了比較，并聯(lián)合其他直翅類昆蟲的mtDNA進行了線粒體全基因組水平的系統(tǒng)發(fā)育分析。獲得的主要結果如下： 1.隆額網(wǎng)翅蝗線粒體基因組基因組成與基因排列隆額網(wǎng)翅蝗線粒體DNA序列全長15783bp，包括13個蛋白質編碼基因，2個核糖體基因，22個轉運RNA基因，及1個長894個堿基的A+T豐富區(qū)，全線粒體基因組的A+T含量為76.4％。其基因排列順序與非

3、洲飛蝗的一致。隆額網(wǎng)翅蝗線粒體基因組在8個基因之間共有36bp的重疊區(qū)域，重疊范圍在1bp到8bp之間變化。有114bp的基因間隔區(qū)，它們分散在20個基因之間，最長的間隔區(qū)長21bp，短的只有2bp。A+T豐富區(qū)位于核糖體12S小亞基和tRNAIle基因之間，A+T含量為86.0％，包括894個堿基，比其他昆蟲的短一些。 2.隆額網(wǎng)翅蝗線粒體基因組蛋白質編碼基因隆額網(wǎng)翅蝗的密碼子總數(shù)為3718，與非洲飛蝗的密碼子(3713)總數(shù)

4、接近。隆額網(wǎng)翅蝗編碼基因的A+T含量為75.8％，它比非洲飛蝗的編碼基因A+T含量高約1.7％。除COⅠ基因外，隆額網(wǎng)翅蝗的蛋白質編碼基因的起始密碼子都是典型的ATN密碼子。其中ND2、COⅡ、ATP6、COⅢ、ND4L、ND6、Cytb這7個基因使用ATG作為起始密碼子，ATP8、ND3、ND5基因使用ATT，ND4和ND1基因分別使用ATC和ATA。除COⅡ、ND5、ND4和ND1外，其他基因都是以TAA為終止密碼子。亮氨酸Leuc

5、ine(13.88％)、異亮氨酸isoleucine(10.87％)、絲氨酸serine(9.71％)、苯丙氨酸phenylalanine(9.23％)是隆額網(wǎng)翅蝗線粒體蛋白質中使用頻率最高的4種氨基酸，總計占43.69％。 3.隆額網(wǎng)翅蝗線粒體基因組tRNA基因及tRNA二級結構隆額網(wǎng)翅蝗線粒體DNA編碼的22個tRNA基因零散分布于整個基因組中。從預測的二級結構來看，除tRNASer(AGN)外，所有tRNA都具有典型的三葉

6、草結構。tRNASer(AGN)中，雙氫尿嘧啶(DHU)臂只是形成了一個簡單的環(huán)。tRNA的氨基酸接受臂，反密碼子環(huán)和反密碼子臂較為保守，TψC和DHU臂變異比較大。 4.隆額網(wǎng)翅蝗線粒體基因組rRNA基因結構隆額網(wǎng)翅蝗mtDNA16SrRNA基因長1317bp，12SrRNA基因長842bp，它們分別位于tRNAVal基因和A+T豐富區(qū)及tRNALeu(CUN)和tRNAVal之間。大亞基的長度相對其它物種而言適中的，但是12

7、S小亞基的長度卻僅次于最長的Petrobiusbrevistylis845bp核糖體小亞基。 5.隆額網(wǎng)翅蝗、非洲飛蝗和東方螻蛄線粒體基因組比較分析隆額網(wǎng)翅蝗、非洲飛蝗和東方螻蛄的序列長度和堿基組成比較接近，但是隆額網(wǎng)翅蝗和非洲飛蝗之間更加相近。這三種昆蟲蛋白質編碼基因序列比較發(fā)現(xiàn)，細胞色素氧化酶的3個亞基(COⅠ、COⅡ、COⅢ)是較為保守的基因，其中COⅠ是最保守的基因。ND1、ND4、ND4L、ND5、ATP8相對變異較大

8、，ND4和ND4L是13種蛋白質編碼基因氨基酸序列變異最大的兩個基因。 12SrRNA序列較16SrRNA更保守。從序列之間的核苷酸差異可以看出12S基因比蛋白編碼基因還要保守，而16S基因較細胞色素氧化酶亞基(COⅠ、COⅡ、COⅢ)的進化快些，但比其他蛋白編碼基因保守。蛋白質編碼基因和12S基因比較結果發(fā)現(xiàn)隆額網(wǎng)翅蝗與非洲飛蝗之間的親緣關系較近，而16S基因則支持隆額網(wǎng)翅蝗與東方螻蛄之間分歧更小，這種結果有可能是分析過程中導

9、入的誤差。A+T豐富區(qū)比一些蛋白編碼基因序列之間的差異還小，可能是由于在A+T豐富區(qū)中發(fā)生了多重替換，對分析結果產(chǎn)生誤導。所以用A+T豐富區(qū)的序列數(shù)據(jù)來比較直翅目這三個種之間的親緣關系還有待考慮。 6.8種多新翅類昆蟲線粒體DNA系統(tǒng)進化分析將8種多新翅類昆蟲線粒體蛋白質編碼基因連接成一個聯(lián)合數(shù)據(jù)集。采用NJ和MP分析方法建樹，所得拓撲結構很類似，只是G.orentalis與(L.migratoria+A.coreana)以及S

10、.paresisensis、T.californicum和G.sculleni分枝間的次序不同。L.migratoria和A.coreana同屬直翅目蝗亞目，它們之間的單系性得到很高的bootstrap支持(bootstrap都是100)。與它們同為直翅目屬于螽亞目的東方螻蛄與這兩個物種之間的親緣關系比較遠，在MP樹與NJ樹中它的分支次序不同。 螳(蟲修)目的S.paresisensis、竹節(jié)蟲目T.californicum和蛩

11、蠊目G.sculleni在NJ法和MP法建樹中都聚為一枝，但這三者之間的具體關系則不明確。在此次分析中，蜚蠊目P.fuliginosa和螳螂目T.tamola在NJ樹和MP樹都以很高的自舉值聚合在一起，這與NCBI分類基本一致。 該項目為導師黃原教授所承擔的國家自然科學基金項目的重要組成成分，首次從比較及進化基因組學角度對隆額網(wǎng)翅蝗的線粒體基因組進行詳細的基因組織結構和序列進化的研究，可為理解線粒體基因組結構和序列進化提供重要線