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《西南农业大学》 2001年
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家蚕线粒体基因组全序列测定及分析

刘运强  
【摘要】: 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,12S rRNA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‘if ti 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
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