家蚕线粒体基因组全序列测定及分析

【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