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《中国科学院研究生院(海洋研究所)》 2015年
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五种肢孔派(Podotremata)蟹类线粒体基因组测定及短尾类系统发生研究

师国慧  
【摘要】:短尾次目(Brachyura),是真正的蟹类,数量大,形态多样,生境复杂。其系统进化一直是甲壳动物系统学研究的热点。尽管短尾类本身作为单系群已经得到大多数甲壳动物学家的认可,但短尾类内部各个类群之间的的系统发育关系仍有许多有争议,尤其是肢孔派(Podotremata)的进化地位。肢孔派进化地位的确立有助于了解早期短尾类的系统进化、真短尾类起源。后生动物线粒体基因具有分子结构简单、进化速度快、母系遗传和容易获取等优点,广泛用于系统发育和种群遗传研究。相比于单个基因和几个基因的简单联合,线粒体基因组能够提供从基因排序和DNA序列变异两个方面提供进化信息。因此,线粒体基因组全序列已经成为探讨后生动物深层次的系统发育关系的理想材料。本研究通过Long-PCR和步移测序的方法确定和注释了毛刺贝绵蟹(Dynomene pilumnoides)、东方人面蟹(Homola orientalis)、大摩罗蟹(Moloha majora)、东方乌氏蟹(Umalia orientalis)和短额琵琶蟹(Lyreidus brevifrons)线粒体基因组。利用比较基因组学和生物信息学等手段分析短尾类线粒体基因组的特征。联合GenBank数据库中已有的短尾类和歪尾类,以及本实验室已测定的马来似人面蟹线粒体基因组序列,以7种海姑虾下目物种为外群,利用蛋白编码基因的核苷酸和氨基酸两个数据库集,基于贝叶斯和最大似然法重建了短尾类系统发育关系。主要结果如下:(1)毛刺贝绵蟹、大摩罗蟹、东方人面蟹、东方乌氏蟹和短额琵琶蟹的线粒体基因组长度分别为16,475 bp、15,910 bp、16,082 bp、15,466 bp和16,112 bp。与其他后生动物一样,每个低等蟹线粒体基因组均包含经典的37个基因(13个蛋白编码基因、2个rRNA基因和22个tRNA基因)。(2)与大多数短尾类一样,大摩罗蟹、东方人面蟹和东方乌氏蟹线粒体基因组中仅有一个非编码区。但是,短额琵琶蟹和毛刺贝绵蟹有多个非编码区。与原始泛甲壳动物线粒体原始基因排序相比,大摩罗蟹、东方人面蟹、东方乌氏蟹和短额琵琶蟹中位于rrns和trni之间的非编码区为其假定控制区。然而,通过与干练平壳绵蟹和脊足武田绵蟹控制区序列同源性分析,认为毛刺贝绵蟹中最长的位于trnl1和trnq之间的非编码区为其假定控制区;其控制区位置发生易位。(3)大摩罗蟹、东方人面蟹和马来似人面蟹线粒体控制区中均存在重复单元和重复次数均不同重复序列区。正是由于重复序列的出现,人面蟹的控制区长度差异明显。值得一提的是,东方人面蟹和马来似人面蟹中的重复单元序列相似性高达95%以上。(4)与泛甲壳动物线粒体基因原始序列相比,5种低等蟹线粒体基因中trnh均转移trne和trnf之间,该特征为短尾类动物所“共享”。除trnh外,在毛刺贝绵蟹线中,还存在2个基因/区域的重排(trnq和cr)。这种新型的线粒体基因排序可能是由于部分序列发生重复并伴随着随机的不完全删除造成:trnq基因从trni和trnm基因之间移至cr和rrnl之间;cr位于trnq和trnl1之间。(5)在5种低等蟹线粒体13个蛋白编码基因中,绝大多数的基因是以经典的atn为起始密码子。部分atp8和nad1基因的起始密码子为gtg。与真短尾类不同,低等蟹cox1基因均是以acg为起始密码子。在5种低等蟹蛋白编码基因中,使用最频繁的氨基酸为leu、phe、met和ile。在二倍和四倍兼并密码子中,nna和nnt的概率要远远大于nnc和nng;与编码蛋白基因中第三位密码子呈现出强烈的at偏好性一致。(6)通过分析未矫正pi、两两基因之间序列的相似性、非同义替换和同义替换的比率(ka/ks)等进化参数发现,nad5、nad4、nad1进化速率快,cox1、cox2、cytb、cox3基因保守。因此,nad5、nad4、nad1可以作为备选标记用于接下来研究低等蟹的系统发育。(7)除trns2和trni,5种低等蟹trna基因均可折叠形成经典的四叶草结构。与大多数后生生物一样,东方乌氏蟹、毛刺贝绵蟹和大摩罗蟹trns2基因二级结构缺失了二氢尿嘧啶(dhu)臂;而在短额琵琶蟹和大摩罗蟹中分别存在2bp和1bp的dhu臂。trni仅在短额琵琶蟹中,缺少dhu臂,这种现象在短尾类中首次出现。5种低等蟹tRNA基因的长度、编码极性,以及反密码子序列均与已公布的短尾类线粒体基因组一致。(8)在5种低等蟹中r RNA基因均由轻链编码,其基因长度和相对位置保守。7种低等蟹线粒体基因组中,rrnL的相似性高于rrnS。(9)基于线粒体基因组13个蛋白编码基因的核酸和氨基酸序列方分别使用最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI),以7种海姑虾为外群,构建6种歪尾类和33种短尾类之间的系统发育关系,分析认为:歪尾类和短尾类为互为单系群,形成姐妹群体。毛刺贝绵蟹和3种人面蟹亲缘关系更近,位于短尾类系统发育树的底部,支持绵蟹亚派的分类系统。东方人面蟹、大摩罗蟹和马来似人面蟹聚为一枝,支持人面蟹的单系发生。短额琵琶蟹、东方乌氏蟹和旭蟹聚为一枝,支持蛙蟹总科为单系发生。3种蛙蟹与真短尾类聚互为姐妹群体,支持肢孔派为并系发生。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:Q953

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