蛹虫草线粒体DNA与细胞核DNA进化关系的比较

【目的】分析蛹虫草是否存在核内线粒体DNA片段,比较蛹虫草线粒体DNA与细胞核DNA的碱基变异程度及所反映的菌株间的系统发育关系。【方法】通过本地BLAST或LAST对蛹虫草线粒体基因组和核基因组进行序列相似性搜索;从10个已知线粒体基因组的蛹虫草菌株中分别扩增7个细胞核蛋白编码基因片段,并与其在14个线粒体蛋白编码基因上的碱基变异情况进行比较。【结果】蛹虫草核基因组中存在5处较短的核内线粒体DNA片段,总长只有278bp。蛹虫草核DNA的变异频率整体上高于线粒体DNA。核DNA和线粒体DNA所反映的蛹虫草菌株间的系统发育关系存在显著差异。【结论】蛹虫草线粒体DNA与核DNA间不存在长片段的基因交流,二者变异频率不同,所反映的蛹虫草菌株间的系统发育关系也有差异。本研究增加了对蛹虫草线粒体与细胞核DNA进化关系的认识。     

线粒体COⅠ基因在昆虫DNA条形码中的研究与应用

自2003年DNA条形码(DNA barcodes)概念出现以来,DNA条形码技术(DNA barcoding)受到生物分类学领域普遍关注,线粒体细胞色素氧化酶亚基I(mtDNACOⅠ)被用作动物类群的主要条形码序列,基于该基因片段的昆虫条形码研究在国内外广泛开展。本文在概述DNA条形码、条形码技术及已开展的昆虫条形码研究计划的基础上,总结了昆虫mtDNACOⅠ条形码及其技术在发现和描述隐种、种类分子鉴定以及系统发育等方面的研究进展,分析了细胞核线粒体假基因(Numts)对mtDNACOⅠ条形码扩增的影响,提出检测和避免Numts的方法,并对DNA条形码技术的进一步研究和应用进行了讨论和展望。     

在玉米线粒体基因组内的叶绿体DNA序列

目前,研究家们发现除了在核基因中具有叶绿体DNA片段外,在许多种高等植物的线粒体基因组中也具有叶绿体DNA序列。采用限制性内切酶进行研究发现,在玉米线粒体基因组内至少存在三个重要的叶绿体DNA序列:(i)1,5-二磷酸核酮糖羧化酶的大亚     

DNA条形码技术在植物中的研究现状

DNA条形码技术（DNA barcoding）是用短的DNA片段对物种进行识别和鉴定的分子生物学技术。在动物研究中该技术已经成功应用于利用线粒体细胞色素c氧化酶亚基I（COI）进行物种鉴定和发现隐种或新物种。相对于动物, COI基因在高等植物中进化速率较慢, 因此植物条形码研究以叶绿体基因组作为重点, 但目前还处于寻找合适的基因片段阶段。许多学者对此进行了积极的探索, 报道了多种植物条形码的候选片段或组合, 但还没有获得满足所有标准的特征位点片段。该文介绍了DNA条形码的标准、优点、工作流程及数据分析方法, 总结了DNA条形码在植物中的研究现状。     

DNA条形码技术在植物中的研究现状

DNA条形码技术(DNA barcoding)是用短的DNA片段对物种进行识别和鉴定的分子生物学技术。在动物研究中该技术已经成功应用于利用线粒体细胞色素c氧化酶亚基I(COI)进行物种鉴定和发现隐种或新物种。相对于动物, COI基因在高等植物中进化速率较慢, 因此植物条形码研究以叶绿体基因组作为重点, 但目前还处于寻找合适的基因片段阶段。许多学者对此进行了积极的探索, 报道了多种植物条形码的候选片段或组合, 但还没有获得满足所有标准的特征位点片段。该文介绍了DNA条形码的标准、优点、工作流程及数据分析方法, 总结了DNA条形码在植物中的研究现状。     

家马核基因组中线粒体核内插入序列分析

在各种真核生物核基因组中,存在一些由线粒体基因组转移进入核基因组中的DNA片段,这些被认为是分子化石的片段叫做线粒体核内插入序列(Numt)。由于Numt与真实的线粒体序列高度相似,因此它的存在必然会成为PCR扩增线粒体DNA的不利因素。利用已经公布的家马(Equus caballus)基因组序列(2007年9月公布,GenBank登录号为NC_009144-NC_009175)对家马Numt进行了深入分析,共发现200个可能的Numt,长度范围为29到3727bp,其中有10个的长度大于800bp。分析结果显示由于不存在线粒体控制区域的疑似Numt,因此对基于此区域的群体遗传学研究不会产生影响。本研究还发现在家马进化过程中,第1号和27号染色体更倾向于接受线粒体序列的转移。以上结果将为今后马科动物的研究提供重要的参考信息,有助于避免在线粒体DNA研究中由于Numt污染的存在而得出错误的实验结果。     

不同遗传群系大熊猫线粒体基因组的进化分析

大熊猫作为一种濒危物种广泛地吸引着国内外研究学者的关注。目前,基于核基因组分析,野生大熊猫群体被分为3个遗传群系:秦岭群系(QIN)、岷山群系(MIN)、邛崃-大相岭-小相岭-凉山群系(QXL)。在本次研究中,我们构建了34个熊猫的线粒体基因组(覆盖三大遗传群系),并使用这些线粒体进行了遗传分析。我们的分析显示,线粒体DNA系统发育树的拓扑结构与细胞核DNA系统发育树的拓扑结构很不一致。Fst(固定系数)结果显示,QIN-MIN和QIN-QXL有微弱的遗传分化,而MIN-QXL没有分化。此外,ATP8和COX1呈现出最高的Fst值,这反映出秦岭熊猫和非秦岭熊猫在细胞呼吸能力上存在自然选择。结果表明,大熊猫中线粒体基因组的进化关系与核基因组很不一致,线粒体DNA不是鉴别大熊猫亚种或种群的有效分子标记。我们的研究为大熊猫种群研究带来新的见解,也为大熊猫的保护与管理策略的制定提供参考。     

植物DNA条形码研究进展

DNA条形码(DNA barcoding)已成为近5年来国际上生物多样性研究的热点,即通过使用短的标准DNA片段,对物种进行快速、准确的识别和鉴定.该技术在动物研究中已得到广泛的应用,所采用的标准片段是线粒体COI基因中约650 bp长的一段.然而在植物中DNA条形码的研究进展相对缓慢,目前尚处于对所提议的各片段比较和评价阶段,还未获得一致的标准片段.由于植物中线粒体基因组进化速率较慢,因此条形码片段主要在叶绿体基因组上进行选择,被提议的编码基因片段主要有rpoB,rpoCI,matK,rbcL,UPA,非编码区片段有tmH-psbA,atpF-atpH,psbK-psbI,此外还有核基因ITS.已有的研究表明以上任何一个单片段都不足以区分所有植物物种,因而不同的研究组相继提出了不同的片段组合方案,目前被广泛讨论的组合主要有5种.本文综述了DNA条形码序列的优点、标准、工作流程、分析方法和存在的争议,重点论述了植物条形码研究中被提议的各序列片段和组合的研究现状.     

一种新的线粒体基因组DNA捕获探针的制备及初步应用

目的:建立新的线粒体基因组DNA杂交捕获探针制备方法并用进行初步应用。方法:通过PCR技术扩增特异线粒体DNA片段,并与生物素偶联,最后与标记磁珠的亲和素混合获得捕获探针。并自行制备的线粒体基因组DNA文库捕获探针与肝癌全基因组测序文库进行液相杂交。分离捕获产物后PCR扩增并进行测序分析。结果:成功建立了线粒体基因组杂交捕获探针制备方法并成功分离线粒体基因组DNA;对测序数据的分析显示:90%以上测序数据来自线粒体基因组DNA,且覆盖率达到100%,且均一性良好。检测到的同质性变异位点数量和异质性变异位点数量与全基因组测序数据产生的结果接近(P=0.9152,P=0.8409)。结论:新方法制备的线粒体基因组DNA杂交捕获探针可以从全基因组文库中高效捕获线粒体基因组DNA测序文库。     

社鼠（Niviventer confucianus）线粒体基因组全序列分析

社鼠（Niviventer confucianus）属于啮齿目（Rodentia）、鼠科（Muridae）、白腹鼠属（Niviventer）,关于该物种的分子系统学研究极少。为获取社鼠线粒体基因组全序列,提取其基因组总DNA,参照近缘物种线粒体基因组全序列设计34对特异性引物,利用PCR扩增全部片段后进行测序,之后对其基因组组成及结构特点进行了初步分析。结果表明,社鼠线粒体基因组全序列长16 281 bp（GenBank收录号：KJ152220）,包含22个tRNA基因、13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因和1个非编码控制区;基因组核苷酸组成为34.0%A、28.6%T、24.9%C、12.5%G。将所得序列与社鼠近缘物种（川西白腹鼠、小家鼠、褐家鼠）的线粒体全基因组进行比较,结果显示,四个物种的线粒体基因组虽然在基因组大小、部分tRNA二级结构、部分蛋白质编码基因的起始或终止密码子及控制区长度和碱基组成上有差异,但基因组结构和序列特征方面都具有较高的相似性。四个物种线粒体全基因组间的遗传距离显示,社鼠与川西白腹鼠距离最近,而与小家鼠距离最远。该研究为利用线粒体全基因组信息进行啮齿类分子系统学研究提供了有价值的资料。     

线粒体假基因用作分子化石推算两个榕小蜂姐妹种的分化时间（英文）

线粒体假基因(nuclear mitochondrial pseudogenes, NUMTs)是指由生物体的线粒体基因组转移至核基因组内的DNA片段。由于其独立进化的特点, NUMTs在用于系统发育分析时是一把双刃剑。我们用基于PCR扩增的方法研究了对叶榕Ficus hispida上两姐妹种榕小蜂Philotrypesis pilosa和Philotrypesis sp.中起源于线粒体Nad1 12S片段的NUMTs。该两姐妹种榕小蜂由同域物种形成过程产生, 它们生活在同一生态环境里（即同一榕果内）, 因此可以用作很好的模型来研究在相同生态环境里物种的行为学及遗传学细微差异的进化。这些深入研究都依赖于对两个物种分化时间的正确估算。通过对所获取的NUMTs进行进化分析, 我们发现： 1）这些NUMTs都是最近引入核基因组事件; 2）NUMTs引入事件发生在物种分化之前。由于这些NUMTs引入核内时间尚短, 其碱基替换速率与线粒体基因相似, 而节肢动物线粒体基因的平均碱基替换速率约为2.3×10^-8 替换/位点·年。根据这些进化历史特征可帮助我们将这两个姐妹种榕小蜂的分化时间追溯至0.40-0.48百万年以前。结果提示, 一些线粒体假基因可以很好的用作分子化石来推断一些重要进化事件如物种形成。     

结合叶绿体和核DNA序列变异可提高云杉属物种的分子鉴别率

松科(Pinaceae)云杉属(Picea)植物是北半球广泛分布的重要森林树种,由于频繁的种间杂交渐渗及近期的辐射分化导致种间形态趋同,传统的形态学方法很难准确鉴定该属物种.近期兴起和发展的DNA条形码技术为云杉属物种的划分和鉴定提供了可参考的方法.在云杉属青藏高原种质资源收集过程完成后,选取5个叶绿体DNA片段(matK,rbcL,trnH-psbA,trnL-trnF和trnS-trnG)以及3个核DNA片段(4CL,Sb29和GI),利用PWG-distance和Tree-Building两种方法对青藏高原以及中国其他地区分布的19个云杉属物种83个个体进行了物种鉴别分辨率的评价.研究结果显示单个的叶绿体DNA片段(10.5％ ～26.3％)和核DNA片段(15.8％ ～26.3％)对云杉属物种鉴别的分辨率较低,组合的叶绿体DNA片段的分辨能力(15.8％ ～42.1％)虽然高于单个DNA片段,但分辨率最高的trnH-psbA+trnS-trnG和trnS-trnG+trn L-trnF两个组合也只能达到42.1％;组合的核DNA片段(26.3％ ～36.8％)一样对云杉属物种鉴别存在困难.但是叶绿体DNA片段和核DNA片段的组合可以明显提高对云杉属物种鉴定的分辨率,尤其是trnS-trnG+trn L-trnF+4Cl的组合片段,其分辨率可达到57.9％.因此在将来利用DNA条形码鉴别物种时,在常规DNA条形码片段不起作用的情况下,可采用这种叶绿体DNA片段和核DNA片段组合的方法来鉴定和区分植物物种.     

适于基因组测序的高纯度的大豆线粒体基因组DNA提取方法

为满足高通量二代测序要求,本研究采用大豆黄花苗为试材,结合差速离心、蔗糖密度梯度离心及超速离心方法提取高纯度大豆线粒体基因组DNA(mt DNA)。结果表明,差速离心能够有效去除核基因组掺杂;超速离心与蔗糖密度梯度离心结合能够有效去除叶绿体污染。提取的mt DNA经琼脂糖凝胶电泳、紫外光度计检测及叶绿体和细胞核特异性引物检测表明,该方法提取的大豆mt DNA无叶绿体DNA及核DNA污染,且纯度高,可满足测序等对线粒体高纯度的要求,为研究大豆线粒体相关性状的机理奠定了坚实基础。     

地黄属植物的DNA条形码研究

地黄属(Rehmannia)为玄参科(Scrophulariaceae)药用植物,广泛分布于中国中东部及北部地区。由于地黄属植物经历了快速成种,导致其属内物种间形态性状差异较小,运用传统的形态学分类方法已难以准确地鉴定物种,近年来迅速发展起来的DNA条形码技术为快速、准确地鉴别物种提供了新思路。本研究选用3个叶绿体DNA非编码区片段(trn L-trn F、trn M-trn V和trn S-trn G)及核基因ITS片段,运用PWG-distance和TreeBuilding两种方法对地黄属5个物种75个个体进行了DNA条形码分析。结果表明:单个叶绿体DNA片段或核基因ITS片段对地黄属物种的鉴别率较低(0%~20%),组合的叶绿体DNA片段分辨能力虽然高于单个DNA片段,但并不能将地黄属5个物种完全区分开;trn S-trn G+ITS片段组合的分辨率可达100%,能够将地黄属5个物种准确区分,与所有叶绿体DNA片段和核基因ITS片段组合(trn L-trn F+trn M-trn V+trn S-trn G+ITS)的辨别率相同,因此推荐trn S-trn G+ITS作为地黄属植物的标准条形码。此外,利用DNA条形码鉴别物种时,可采用叶绿体DNA片段和核DNA片段组合的方法来提高物种鉴定的成功率。     

基因组时代线粒体基因组拼装策略及软件应用现状

随着测序技术的不断发展,越来越多物种的全基因组数据被测定和广泛应用。在二代基因组数据爆发式增长的同时,除了核基因组数据,线粒体基因组数据也非常重要。高通量测序的全基因组序列中除了核基因组序列也包括线粒体基因组序列,如何从海量的全基因组数据中提取和拼装线粒体基因组序列并加以应用成为线粒体基因组在分子生物学、遗传学和医学等方面的研究方向之一。基于此,从全基因组数据中提取线粒体基因组序列的策略及相关的软件不断发展。根据从全基因组数据中锚定线粒体reads的方式和后续拼装策略的不同,可以分为有参考序列拼装方法和从头拼装方法,不同拼装策略及软件也表现出各自的优势和局限性。本文总结并比较了当前从全基因组数据中获得线粒体基因组数据的策略和软件应用,并对使用者在使用不同策略和相关软件方面给予建议,以期为线粒体基因组在生命科学的相关研究中提供方法上的参考。     

DNA条形码与线粒体基因组在蚌科生物多样性研究中的应用

蚌科是生活在淡水中的滤食性贝类。蚌能过滤、净化水体,且对水质变化反映敏感,是检测水质的指示生物之一。但由于栖息地缺失和破坏,过度商业捕捞以及环境污染等因素的影响,蚌科已被确定为世界上最濒危的动物类群之一。因此,对蚌科生物多样性的研究显得尤为重要。随着测序技术的不断发展,DNA测序成本越来越低、速度不断加快、准确度不断提高。而作为物种鉴定和发现隐存种的DNA序列工具,DNA条形码已被广泛应用于生物多样性的研究。线粒体基因组是动物唯一的核外基因组,也是遗传多样性重要的组成部分,并为生物多样性研究提供了丰富的信息。同时,蚌科线粒体DNA特殊的双重单亲遗传方式更受到广大研究者的高度重视。本综述对DNA条形码和线粒体基因组用于蚌科生物多样性研究中的特点、研究现状和应用范围等方面进行了总结和分析,并展望了蚌科生物多样性的研究趋势,旨在为蚌科生物多样性研究、保护蚌类和科学利用蚌类资源提供参考。     

人类线粒体DNA异质性研究进展及其法医学应用

线粒体DNA(mitochondrial DNA mtDNA)的异质性自从被发现以来,一直被遗传学、进化学、发育遗传学以及法医遗传学、分子生物学领域所重视。由于线粒体异质性的存在,使得很多涉及疾病、进化、系统发育线粒体基因组与核基因组的相互作用关系、线粒体DNA复制机制以及法医学运用线粒体DNA进行实际案件评估的问题变得复杂化。此外线粒体DNA异质性的发生原因以及对线粒体异质性的检测方法标准化问题还没有一个统一的答案。针对线粒体DNA异质性带来的种种问题,近年来国内外取得了不少研究进展。     

动物线粒体假基因的识别及其在进化生物学中的应用

在真菌、昆虫、无脊椎动物和脊椎动物等许多分类单元中,都已发现mtDNA序列的核转座现象。在PCR扩增时,往往同时扩增出mtDNA和细胞核中线粒体假基因(Numts),Numts混淆系统发育和群体遗传研究,得出错误的结果。本文综述了Numts的检查和避免的方法,以及在进化生物学研究中的应用进展。     

DNA序列在苔藓分子系统学研究中的应用

DNA是遗传信息的载体,直接对DNA核苷酸排列顺序的分析和比较是研究苔藓分子系统学的最彻底和最理想的方法。本文综述了DNA序列(叶绿体基因组、核基因组和线粒体基因组)在苔藓分子系统学中的应用,探讨了基因片段的选择策略。并提出只有将分子数据和传统分类学取得的研究成果结合起来,构建最合理的系统树,才能更好地推动苔藓分子系统学的发展。     

利用不同方法从深加工牦牛肉产品中提取基因组DNA效果的比较

为了从深加工牦牛肉产品中获得片段较大、数量较多的基因组DNA,以用于分子追溯的检测,尝试并系统地比较了异硫氰酸胍法、酚-氯仿抽提法和试剂盒提取法的提取效果。通过定量分析、凝胶电泳和PCR片段大小梯度扩增等手段,对利用3种方法提取的基因组DNA的数量和质量进行了比较。结果显示,利用酚-氯仿抽提法提取的基因组DNA质量不佳,异硫氰酸胍法和试剂盒提取法的提取效果相当,PCR可以扩增出730 bp左右的核外基因细胞色素b,而核内基因只能扩增出300bp左右的核基因DNA片段(内乳铁蛋白基因,271 bp;BoLA-DRB3基因,302 bp)。综合考虑提取时间、费用、数量和质量等各方面的因素,认为异硫氰酸胍法操作简便、快速、廉价、有效,是较好的从动物深加工肉产品中提取基因组DNA的方法。