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家蚕线粒体基因组全序列测定及分析

刘运强

  线粒体基因组作为一种核外遗传系统,具有小型性,自主性和多态性等特点。有关线粒体基因组的研究将有利于研究诸如基因结构与功能、基因表达的时空调控、核质互作、分子进化规律、物种的起源与分化以及线粒体的起源等生物学重要课题。家蚕是具有重要经济价值的鳞翅目绢丝昆虫,也是一种重要的传统遗传学和分子生物学研究模式生物。开展家蚕线粒体基因组研究,一方面可以丰富线粒体基因组数据库,另一方面,通过线粒体基因组比较研究,可以阐明其基因组成、基因排列和基因结构特点以及其进化特点,并且进一步可以探讨物种间线粒体DNA(mtDNA)系统演化关系。本论文主要测定和分析了家蚕线粒体全序列,并且对物种间mtDNA的进化特点和系统演化等进行了研究。1 家蚕线粒体基因组基因组成与基因排列家蚕线粒体基因组全序列长度为15644bp,包含13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因和一段498bp的AT富集区(图1),AT含量为81%,与果蝇D.melanogaster的相同。基因排列与果蝇D.melanogaster的相比,tRNA的位置发生了变化,家蚕线粒体基因组中,其位于AT富集区与tRNA基因之间,而在果蝇mtDNA中,位于tRNA基因与ND2基因之间,其他基因排列一致。2 家蚕线粒体基因组tRNA基因结构推测了家蚕线粒体DNA编码的22个tRNA基因二级结构,发现8个基因的二级结构中,在氨基酸接受臂,二氢尿嘧啶(DHU)臂和反密码子臂有错配和不匹配现象。另外,各tRNA除反密码子环为标准的7个碱基外,DHU环和TΨC环的核苷酸数量变化都较大。3 家蚕线粒体基因组rRNA基因序列家蚕线粒体DNA编码的16S rRNA基因比进行比较的其他10个节肢动物的长,12SrRNA基因较进行比较的其他昆虫的短。家蚕rRNA序列与果蝇和蚊子的相似性最高。4 家蚕线粒体基因组蛋白编码基因结构家蚕线粒体DNA蛋白编码基因较多使用富含AT的密码子,密码子第3位碱基序列AT含量高达92.8%,这与序列富含AT碱基相一致。另外,多数情况下,密码子的第3位碱基与反密码子的第1位碱基不匹配。这种现象在其他昆虫mtDNA中也普遍存在,反映了其蛋白质基因编码偏好性。家蚕线粒体蛋白编码基因序列以及其氨基酸序列与果蝇D.melanogaster相应序列最相似。M rawe..图1 家蚕线粒体基因组基因组成l-22:tR\A‘”,tRNA’I’;tRNA“‘“tRKA””tRNA‘’”tRNAT”’tRNA‘””tRNA‘’”tRNA‘“‘tRNA’tRyAl“tRNA”‘tR*丫-”t***一tRN矿“t yy人’-iRk”‘-,t**人”『,t**”’‘’止*\矿-’.tRV矿-,tR*”;*DI、6.*D4 L:烟进氨腺0$吟盼氢酶(nicotinamide adenine dinucleotide dehydrogenase)l—6 W单位和 4L W单位基冈:ml-111:细胞色素氧化酶(。歹t。。M。*e。h湘*e)卜3 W单位基冈;厂h*的,8:川”P酶夏合物6,8亚单位基因:Otb:细胞色素b基因;kRkA:165 YRkA:Sd\A:125 rRNI:《T rich 灯哀钳c;环外基因为H链编码,环内基冈为L链编码。slZ个物种线粒体DNA系统进化分析分别利用线粒体CO门基因序列,氨基酸序列以及密码子第1,2位碱基序列和第2位碱基序列对8种单肢亚门昆虫纲动物(家蚕和凤蝶,2种果蝇.2种蚊子,蝗虫,蜜蜂),2种甲壳亚门动物(卤虫和水蚤),2种鳖肢亚门动物(六角硬婢和血红扇头蝉)进行系统进化分析。基因序列和氨基酸序列通过邻接法获得的系统进化树枝型结构一致,进化树如图2所示。其中,除蜜蜂外,上述系统分化关系基本反映了3个亚门的关系。蜜蜂位于螫肢亚 I”]动物的进化枝上,可能是由于蜜螂线粒体DNA异常的变异类型,模糊了其进化信号。一囱虹间垒@Wy‘ifti N\ /.”卜一一一一一——逐虫波子2———-J。一、。‘J卜-j\ t.臼子11\-皿问2上’—一’月间lA问一MZ ggtl:::#“””列”““阉主下角标尺为地传曰离革位由密码于第1,2位碱基序列和第2位碱基序列分别获得的系统进化树与上述进化……   
[关键词]:家蚕;线粒体基因组;基因组成与结构;编码偏好性;系统进化;核苷酸替换偏好性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西南农业大学2001年