昆虫线粒体基因组重排的研究进展

动物线粒体基因组通常组成稳定,基因排列也相对保守,极少发生重组。但是昆虫的线粒体基因组具有重排的可能性,而且这些重排事件可能为系统发育研究提供重要的信息。因此,深入研究昆虫线粒体基因组的重排可能有助于解决具有争议的系统发生关系。本文对昆虫线粒体基因组的重排类型、重排机理和重排在昆虫系统发育分析中的应用等方面的研究进展进行了介绍。     

植绥螨科线粒体基因组研究进展

植绥螨科属于囊螨总科,大部分植绥螨为害螨、害虫的重要天敌,在农业生产上具有重要的应用价值。其线粒体基因组具有独特特征,引起了生物学家的广泛关注。本文就植绥螨科线粒体基因组的结构、非编码区、碱基组成、基因重排和tRNA的特征进行综述,其特征有:(1)植绥螨科中发现了螯肢动物最大的线粒体基因组;(2)植绥螨科线粒体基因组非编码区的AT含量差异大,编码区的AT含量差异小;(3)植绥螨科线粒体基因组均发生了不同程度的的基因重排;(4)已测定的植绥螨科部分物种tRNA基因二级结构出现了截短和碱基错配的现象,部分物种的线粒体基因组出现反密码子突变的情况。在今后的研究中应进一步测定植绥螨科关键类群的线粒体基因组,深入分析植绥螨科出现大量基因重排的原因,以期能反映植绥螨科的真实进化历程。     

基因倍增和脊椎动物起源

有机体基因复制导致基因复杂性增加及其和脊椎动物起源的关系已经成为进化生物学研究的热点。20世纪70年代由Ohno提出后经Holland等修正的原始脊索动物经两轮基因组复制产生脊椎动物的假设目前已被广泛接受。脊椎动物起源和进化过程中发生过两轮基因组复制的主要证据有三点：（1）据估计脊椎动物基因组内编码基因数目大约相当于果蝇、海鞘等无脊椎动物的4倍;原口动物如果蝇和后口动物如头索动物文昌鱼的基因组大都只有单拷贝的基因,而脊椎动物的基因组则通常有4个同属于一个家族的基因。（2）无脊椎动物如节肢动物、海胆和头索动物文昌鱼都只有一个Hox基因簇,而脊椎动物除鱼类外,有7个具有Hox基因簇,其余都具有4个Hox基因簇。（3）基因作图证明,不但在鱼类和哺乳动物染色体广大片段上基因顺序相似,而且有证据显示哺乳动物基因组不同染色体之间存在相似性。据认为第一次基因倍增发生在脊椎动物与头索动物分开之后,第二次基因倍增发生在有颌类脊椎动物和无颌类脊椎动物分开以后。但是,基因是逐个发生倍增,还是通过基因组内某些DNA片段抑或整个基因组的加倍而实现的,目前还颇有争议。     

直翅目昆虫线粒体基因组特征及系统发育研究

目前GenBank数据库共收录167种直翅目昆虫全线粒体基因组序列,涉及蝗亚目9个总科22个科99个物种,螽亚目7个总科12个科68个物种。在此基础上,该文分析了直翅目昆虫线粒体基因组的基本特征,概述了线粒体全基因组在直翅目昆虫系统发育研究上的应用;同时基于线粒体全基因组序列重建了直翅目昆虫的系统发育关系。主要结果如下:(1)直翅目昆虫存在8种线粒体基因组排列类型,其中trnK-trnD重排现象仅发生在蝗总科中,trnN-trnS-trnE重排现象仅发生在蟋蟀总科中,trnM-trnI-(-trnQ)重排现象仅发生在拟叶蟲亚科中;(2)直翅目昆虫全线粒体基因组的碱基组成具有明显的AT偏向性;(3)不同的蛋白质编码基因在直翅目昆虫中的进化速率不同;(4)支持直翅目以及螽亚目和蝗亚目的单系性;(5)不支持沙螽总科单系性;(6)支持蝗亚目各总科阶元的单系性,且各总科间的系统发育关系为:(蚤蝼总科+(蚱总科+(?蜢总科+(蜢总科+(长角蝗总科+(牛蝗总科+叶翅蝗总科)+(锥头蝗总科+蝗总科))))))。     

传粉和非传粉榕小蜂线粒体基因组进化差异(英文)

【目的】目前关于榕小蜂类群的线粒体基因组报道很少,本研究旨在探讨传粉和非传粉榕小蜂两个群体的线粒体基因组的进化差异。【方法】以15种榕小蜂的线粒体基因组(其中11种的线粒体基因组为新测定)数据为基础,采用比较线粒体基因组学方法,分析榕小蜂的线粒体基因组序列和进化特征。【结果】本研究新测定的11个榕小蜂物种的近全长线粒体基因组的长度范围为12 768~17 060 bp,AT含量均大于80%,除了非传粉榕小蜂Philotrypesis tridentata外,其余物种的AT偏斜为负,GC偏斜为正。榕小蜂线粒体基因重排事件很丰富,并且重排情况可能会对该类群的系统发育分析具有重要的价值。进一步的选择压力分析显示,榕小蜂线粒体基因组中的蛋白质编码基因的ω值均远远小于1,表明这些基因经历了纯化选择,传粉榕小蜂线粒体基因组中的大部分基因比非传粉榕小蜂积累了更多的非同义突变。此外与非传粉榕小蜂相比,传粉榕小蜂的线粒体基因组还具有更丰富的基因重排、更高的核苷酸多态性和更高的氨基酸替换率。【结论】传粉榕小蜂比非传粉榕小蜂的线粒体基因组进化更快,这可能与两个群体显著不同的生活方式或进化史有关。     

Progress in the complete mitochondrial genomes of the Acari

蜱螨亚纲包括蜱类和螨类,是节肢动物中物种多样性最高的类群之一.本文综述了当前已测序的28种蜱螨线粒体基因组的研究成果.概括起来,蜱螨线粒体基因组具有以下特点:(1)大小变异显著,其中柑橘全爪螨Panonychus citri线粒体基因组在目前已测节肢动物中最小(13077 bp);(2)一般碱基组成偏向A和T,但6种蜱螨具有相反的GC-偏斜(正值);(3)基因组的碱基组成及A+T富集区的位置、长度和拷贝数等变异显著,其中4种叶螨的A+T含量最高,其A+T富集区在目前已测节肢动物中最短(44 -57 bp);(4)基因高度重排,特别是真螨总目的种类,但重排与高分类阶元无相关性;(5)真螨总目部分螨类的tRNA基因极度缩短,不能形成经典的三叶草二级结构.作者建议要进一步测定更多蜱螨的线粒体基因组,验证蜱螨非典型tRNA基因的生物学功能性,分析蜱螨线粒体基因组的分子进化机制,开展蜱螨线粒体转录组研究等.     

陆川小笠贝线粒体全基因组测序及笠贝科系统发育分析

为对笠贝科进行系统发育分析,研究通过二代测序技术得到了陆川小笠贝(Lottia luchuana)的线粒体全基因组,对基因组基本结构特点做了分析,发现共含有38个基因,包含13个蛋白质编码基因(PCGs), 2个RNA,23个tRNA。对碱基含量分析发现T碱基含量最高为32.34%, C碱基最低为14.99%,选择笠贝科13个物种的线粒体基因组进行选择压力分析发现所有PCGs都受到纯化选择。另外通过结合腹足纲下6个亚纲的线粒体基因组的13个PCGs构建了系统发育树,发现笠贝科为单系群,与帽贝科Patellidae具有较近的亲缘关系。对笠形腹足亚纲的线粒体基因重排进行比较发现笠贝科在笠形腹足亚纲中表现出最广泛的不规律的重排。从重建的笠形腹足亚纲的分歧时间的年代图谱,得到笠贝的分化最早发生在中生代侏罗纪时期,在新生代物种大量分化。研究结果有助于理解不同笠贝物种的亲缘关系,以及腹足纲内各亚纲之间的进化地位与关系。     

异尾次目寄居蟹总科线粒体基因组比较分析及系统发育研究

为厘清异尾次目(Anomura)寄居蟹总科(Paguroidea)分类及系统发育关系,研究测定分析了活额寄居蟹科(Diogenidae)刺足真寄居蟹(Dardanus hessii)的线粒体基因组全序列,并与其他已公布的16种寄居蟹总科线粒体基因组进行了比较分析。所有寄居蟹总科种类线粒体基因组均包含37个基因和1段长的非编码控制区。线粒体基因组相似性及共线性分析显示所有17种寄居蟹总科的线粒体基因组均经历了基因重排。重排可分为7种类型,其中寄居蟹科(Paguridae)占4种,活额寄居蟹科2种,门螯寄居蟹科(Pylochelidae)1种。遗传距离、序列相似性及系统发育树均显示长腕寄居蟹(Pagurus filholi)与日本寄居蟹(Pagurus japonicus)为同一物种,暗示其中至少有一个物种鉴定有误。系统发育树显示活额寄居蟹科物种并未聚为一支,其中下齿细螯寄居蟹(Clibanarius infraspinatus)与整个陆寄居蟹科(Coenobitidae)聚为一支,表明活额寄居蟹科为并系群。研究结果不仅有助于更好地理解寄居蟹总科的线粒体基因重排和系统发育,并为线粒体基因重...     

后生动物线粒体基因组:起源、大小和基因排列进化

由于受到强烈的进化约束,后生动物线粒体基因组在大小和基因含量上一直保持稳定,相比之下核基因组则发生了巨大的改变。后生动物线粒体基因组结构的可塑性在一定程度上归功于可能由tRNA基因介导的基因重排事件,虽然亲缘关系密切的物种间也可能出现基因重排,但同门内的线粒体基因组仍趋向于具有类似的结构特征。我们对后生动物线粒体基因组的起源、大小和基因排列进化方面的特点进行了介绍。     

变灰青霉线粒体基因组特征及系统发育分析

本研究对一株分离自细虫草上的变灰青霉SFY00C3菌株线粒体基因组进行测定,分析其组成特征,并探究其与青霉属真菌的系统发育关系。结果表明,SFY00C3的线粒体基因组是一条长度为28 301 bp的环状DNA分子,共编码42个基因(15个蛋白编码基因、2个rRNA基因和25个tRNA基因),其碱基组成有显著的A-T偏好性,25个tRNA基因均可形成典型三叶草结构,并存在32处G-U错配。通过青霉属物种间共线性分析发现其线粒体基因组发生了基因重排;共有的14个蛋白编码基因的Ka/Ks值均小于1,表明受到了纯化选择压力的影响;系统发育分析表明：SFY00C3在青霉属中是一个独立的分支,应该是6种青霉祖先的姊妹。本研究丰富了变灰青霉的线粒体基因组序列信息,为青霉属的系统发育、资源保护及遗传多样性研究提供基础数据。