线粒体基因组的遗传与进化研究进展

线粒体基因组是当前生命科学的热门话题之一。文章根据国内外有关线粒体DNA的结构、表达过程和遗传特征方面的最新研究成果,重点介绍线粒体基因组与核基因组关系、线粒体遗传密码及基因组的进货线索等问题,并简要说明了线粒体基因组遗传分析的要点。     

遗传密码和DNA序列的高维空间数字编码

二进制数字化编码是信息科学最基本的编码方式。用０（００）、１（０１）、２（１０）和３（１１）４个数码对４种碱基（Ｃ、Ｔ、Ａ、Ｇ）进行二进制数字编码,共有２４种可能的编码组合,其中８种满足碱基到补法则,它们是拓扑等价的。按碱基分子量大小排列的编码格式：０１２３／ＣＴＡＧ是最理想的编码格式。用二进制数对ＤＮＡ的字符序列进行编码,有以下优点：１）压缩信息冗余度,提高编码效率;２）可以对碱基的结构、功能基     

遗传密码格式的组合编码数分析

用N个密码子对m个编码对象进行编码的编码格式是m元N维空间中的一个顶点。64个密码子对20种氨基酸和终止密码子进行编码格式的组合编码数是一个十分巨大的数字。对多元高维编码空间的拓扑特性进行了分析和研究 ,并由此推导出m -N空间的特性三角的排列方式以及给出特性三角公式的数学证明。指出 ,目前的遗传密码的编码格式是21元64维编码空间的一个顶点。应用组合数学分析的方法 ,计算了遗传密码格式的最大组合编码数CM =4.19×1084 ,基因组遗传密码的组合编码数CG =1.13×1080 以及线粒体遗传密码的组合编码数CT =1.38×1079 等。分析结果表明 ,遗传密码的指定是一个小概率事件 ,可能来源于λ简并后的偶数三联密码配对的组合编码的对称破缺     

两栖动物线粒体基因组结构特征分析

对2007年6月13日以前公布于GenBank上的78种两栖动物的线粒体基因组全序列进行了总结、比较和分析。78种基因组中基因的数量从35~41个不等;根据基因的数量、种类及其排列顺序的差别将其分为22种基因组类型,其进而聚为3组,其中类型4为两栖纲与其它脊椎动物的常见类型,类型8为两栖纲中现生3个目的公有类型。与类型4比较,其余21种线粒体基因组类型涉及基因变动的基因共有18个,其中变动比较多的是tRNA基因,移位、增多和缺失的发生频率都较大,而蛋白编码基因比较稳定,主要是移位。78种两栖动物中,蚓螈目的线粒体基因组均小于18000bps,多数在15000~16000bps;有尾目和无尾目均大于16000bps,其中有尾目多数在16000~17000bps,无尾目的多数在17000~18000bps。     

烟草叶绿体基因组和线粒体基因组SSR位点分析

利用生物信息学方法对烟草叶绿体和线粒体基因组数据中的SSR信息进行了分析.结果表明,在叶绿体和线粒体基因组中分别获得186和578个SSR位点,SSR间的平均距离分别为838 bp和745 bp.在SSR的分布区域上,绝大多数SSR位点分布在UTR(尤其是5’UTR)区域;在SSR重复碱基类型上,主要集中在二、三碱基重复,二者占总SSR位点的90％以上,其中三碱基重复类型丰度最高.利用全部657对SSR引物在供试的10份烟草材料中进行扩增,发现所有引物均能获得目的片段,但在普通烟草内品种间并未检测到多态性,而在烟草种间有26对叶绿体基因组SSR引物和178对线粒体基因组SSR引物扩增出多态性条带,表明来源于烟草叶绿体基因组和线粒体基因组的SSR标记适合用于烟草种间进化、分类、遗传多样性等方面研究.     

双斑萤叶甲基因组调研及线粒体基因组分析

双斑萤叶甲Monolepta hieroglyphica为杂食性鞘翅目害虫。近年来,该虫对我国农业的为害呈加重趋势,本文对双斑萤叶甲基因组进行调研及对线粒体基因组进行分析,为进一步的全基因组测序提供参考,并为双斑萤叶甲线粒体研究提供基础资料。本文采用Illumina Hiseq 2000测序平台对单只雌性双斑萤叶甲进行双末端测序,测序结果表明:双斑萤叶甲基因组大小约为2.4 Gb,重复序列含量约为52.61%,杂合率为0.67%,GC含量为30.29%。双斑萤叶甲基因组较大,但其基因组的杂合率和GC含量较低。利用基因组测序原始数据,借助NOVOPlasty软件直接提取基因组中线粒体基因组序列并进行组装,获得16 299 bp的双斑萤叶甲线粒体基因组。通过MITOS软件对线粒体基因组进行注释,斑萤叶甲线粒体基因组共有37个基因,包括13蛋白编码基因、22个转运RNA及2个核糖体RNA基因,以及1个非编码的控制区。其线粒体基因组基因排列方式与果蝇的模式排列相同,并未发生基因重排。进一步利用线粒体COX1蛋白构建的系统进化树,为双斑萤叶甲隶属于鞘翅目、多食亚目、叶甲科、萤叶甲亚科的分类地位提供了分子依据。并初步发现鞘翅目内各个物种遗传距离相对于昆虫纲下其它目的各个物种之间遗传距离较远。     

中国树花线粒体基因组特征及系统发育分析

中国树花是广布于北半球的一种地衣,具有抗病毒、抗菌、抗氧化、抗肿瘤、抗炎和治疗糖尿病等生物活性。本研究首次对中国树花Ramalina sinensis的线粒体基因组进行测序、组装和注释,结果表明其线粒体基因组是一个长度为38 265 bp的环状分子,共编码42个基因(15个蛋白质编码基因(PCGs)、2个rRNA基因和25个tRNA基因),碱基组成具有明显AT偏好性,其中24个tRNA被成功预测为典型三叶草结构。密码子偏好性分析显示该线粒体基因组对A/U结尾的密码子具有明显偏好性。树花科地衣共线性分析没有发现大面积的基因重排现象。与间枝树花R. intermedia的线粒体基因组比较分析显示这2个物种有着较为亲密的适应性进化关系。15个PCGs的Ka/Ks值各不相同,说明这些基因正在接受不同的选择压力。系统发育分析表明中国树花与间枝树花的亲缘关系很紧密。本研究为树花属的资源保护、系统进化以及遗传多样性研究提供基础数据。     

缅甸陆龟线粒体全基因组的测序及分析

本文参照近缘物种的线粒体基因组序列,设计17对特异引物,采用LD-PCR、PCR及测序技术获得了我国广西产缅甸陆龟的线粒体全基因组序列,分析了其基因组特点和各基因的定位。结果表明:缅甸陆龟线粒体基因组全长为16813bp,碱基组成为35.30%A、26.47%T、12.09%G、26.14%C,包括13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因和1个非编码基因控制区(D-Loop区)。缅甸陆龟线粒体基因组各基因长度、位置与典型的脊椎动物相似,其编码蛋白质区域和rRNA基因与其它脊椎动物具有很高的同源性,显示龟类线粒体基因组在进化上十分保守。将缅甸陆龟的线粒体基因组序列提交到GenBank,获得的检索号为DQ656607。本文还结合GenBank中已发表的其它16种龟鳖类动物的线粒体基因组序列,探讨龟鳖类动物不同科间的系统进化关系。     

银环蛇线粒体基因组全序列分析

根据GenBank公布的蛇类物种线粒体基因序列和已知的引物序列,总共设计和合成了9对引物.采用保真度较高的Ex-Taq酶,以总基因组DNA为模板进行PCR扩增,产物纯化后进行TA克隆和步移测序,拼接后获得了全长17 144 bp银环蛇线粒体基因组全序列.其共编码13种蛋白质、2种rRNA和22种tRNA.这些基因没有内含子,基因间排列紧密,仅有极少或完全没有核苷酸,甚至相互重叠.除了含有2个调控线粒体基因组复制和转录的控制区外,其余基因在长度和位置等方面与其它脊椎动物均具有较高的同源性.     

THE EFFECTS OF SELECTION AND GENETIC DRIFT ON THE GENOMIC DISTRIBUTION OF SEXUALLY ANTAGONISTIC ALLELES

Sexual antagonism (SA) occurs when an allele that is beneficial to one sex, is detrimental to the other. This conflict can result in balancing, directional, or disruptive selection acting on SA alleles. A body of theory predicts the conditions under which sexually antagonistic mutants will invade and be maintained in stable polymorphism under balancing selection. There remains, however, considerable debate over the distribution of SA genetic variation across autosomes and sex chromosomes, with contradictory evidence coming from data and theory. In this article, we investigate how the interplay between selection and genetic drift will affect the genomic distribution of sexually antagonistic alleles. The effective population sizes can differ between the autosomes and the sex chromosomes due to a number of ecological factors and, consequently, the distribution of SA genetic variation in genomes. In general, we predict the interplay of SA selection and genetic drift should lead to the accumulation of SA alleles on the X in male heterogametic (XY) species and, on the autosomes in female heterogametic (ZW) species, especially when sexual competition is strong among males.     

松江鲈线粒体DNA控制区结构和遗传多样性分析

为探讨松江鲈(Trachidermus fasciatus Heckel)线粒体控制区特征及其群体遗传结构, 研究测定分析了中国和日本沿海共8个群体的线粒体控制区序列, 分析了其结构特征, 识别出终止序列区(ETAS)、中央保守区(CD)和保守序列区(CSB)的特征序列。遗传多样性分析结果显示: 69个松江鲈个体共检测到47个单倍型, 呈现出核苷酸多样性(0.0079)较低和单倍型多样性(0.978)较高的特点。单倍型邻接关系树和单倍型网络关系图均显示松江鲈分为中国和日本两大世系。遗传分化系数(Fst)和分子方差分析(AMOVA)结果表明, 松江鲈中国群体和日本群体之间存在的遗传差异较显著, 中国沿海各群体之间亦存在着一定程度的遗传差异, 该分化主要由历史环境变动、当代环境因素和自身生态习性等原因造成。     

氨基酸的分子结构与遗传密码简并及二维集合分类

根据氨基酸遗传密码子的简并程度,可将64个遗传密码子分为高简并度类（3,4,6度简并组）和低简并度类（1,2度简并组）两大类。高简并度类有9个氨基酸,其分子量比较小,等电点的分布比较集中。低简并度类有11个氨基酸,其分子结构比较复杂,参考Taylor对氨基酸特性的分类图,本文提出以分子量（M）及等电点（P）作为氨基酸的化学特性坐标,作出其二维集合MP分类图,MP分类图可以反映出氨基酸的各种属性,如分子量的大小,简并度的高低,极性与非极性、带电荷或不带电荷,疏水性与亲水性,以及氨基酸残基的种类等。根据氨基酸的分类分析,可以认为：高简并度氨基酸多数是脂烃类和羟脂烃类的氨基酸,分子量比较小,分子结构比较简单,大部分为疏子性,主要组成跨膜结构或蛋白质的结构域,可能是出现较早的氨基酸;而低简并度的氨基酸,分子结构比较复杂,分子量比较大,多数是和蛋白质功能有密切联系的基团,可能是进化出现较晚的结构。     

兰州鲇线粒体Cytb基因的克隆与序列分析

为克隆兰州鲇（Silurus lanzhouensis）线粒体Cytb基因全序列,根据欧洲鲇（Silurus glanis）线粒体基因全序列设计特异引物进行兰州鲇线粒体Cytb基因的PCR扩增,得到1138 bp兰州鲇线粒体Cytb基因序列。对兰州鲇和其他13种鱼的线粒体Cytb基因核苷酸和氨基酸序列之间进行同源性比较,结果显示具有较高的同源性,核苷酸同源性介于61.38%-91.12%,氨基酸同源性介于76.62%-95.52%。对兰州鲇、欧洲鲇、大口鲇（Silurus meridionalis）、鲇（Silurus asotus）、越南鲇（Silurus cochinchinensis）的Cytb基因之间进行碱基替代分析,结果显示兰州鲇Cytb基因与鲇之间替换率最低,值为8.87%,转换/颠换值为3.21;与越南鲇之间替换率最高,值为14.41%,转换/颠换值为1.83。对本文克隆的兰州鲇Cytb基因与王庆容等测定的兰州鲇线粒体Cytb序列进行序列差异分析,结果显示两者之间替换率为11.16%,存在127个变异位点,转换/颠换比为4.08,遗传距离为0.1230。由NJ法基于兰州鲇和其他13种鱼的Cytb基因序列构建的系统进化树,结果显示与传统的分类地位基本吻合。       

甜菜多粘菌基因组片段的克隆及PCR检测

根据资料报导设计引物,扩增Ｐｏｌｙｍｙｘａ　ｂｅｔａｅ的基因组片段,将其克隆在ｐＧＥＭ－３Ｚｆ（＋）质粒载体上,并通过双酶切、ＰＣＲ扩增和部分序列测定,证明克隆片段为Ｐ．ｂｅｔａｅ基因组片段。用扩增Ｐ．ｂｅｔａｅ基因组片段的引物对由Ｐ．ｇｒａｍｉｎｉｓ侵染小麦和Ｏ．ｂｒａｓｓｉｃａｅ侵染豇豆根系抽提的总ＤＮＡ进行ＰＣＲ扩增,均未获得任何ＤＮＡ产物,进一步证实了上述结果。对移入病土２、３．５天的甜菜苗单株根系进行ＤＮＡ粗提,移入病土３．５天的甜菜苗ＰＣＲ检测其已被Ｐ．ｂｅｔａｅ侵染,对确定Ｐ．ｂｅｔａｅ的早期侵染有重要意义。     

翘嘴红鲌雌雄基因组差异及太湖野生群体遗传多样性现状的AFLP分析

为发展翘嘴红鲌Erythroculter ilishaeformis(Bleeker)性别控制育种和单性养殖技术, 利用AFLP技术对翘嘴红鲌太湖野生群体中雌、雄各20个个体的基因组进行了遗传多样性和雌雄差异分析。用筛选出的8对AFLP多态性引物在太湖野生群体基因组中共检测到319个位点, 其中多态性位点185个。通过对所有多态性位点在个体中的分布进行分析, 发现一个只在雄性个体中稳定存在、在雌性个体中缺失的差异位点。在人工雌核发育翘嘴红鲌群体只有雌性个体, 其基因组中也检测不到该差异位点的存在。这些结果表明翘嘴红鲌性别分化可能受到严格的遗传调控, 该差异位点是雄性特有的性别分子标记。翘嘴红鲌太湖野生群体目前的多态位点比率P=57.99%, 观测等位基因数N_a=1.5799±0.4943, 有效等位基因数N_e=1.3859±0.3971, Shannon’s信息指数I=0.3221±0.2987。这些统计分析结果与10年前对该群体的AFLP研究结果(P=51.21%, N_a=1.512±0.500,N_e=1.252±0.371,I=0.218±0.275)相比没有显著差别(P>0.05), 说明该群体目前还具有适度的遗传多样性。     

人类Y染色体长臂异染色质区与鱼类基因组的比较分析

脊椎动物有一些共同特征,这些共有性状都是在漫长的进化历程中保留下来的,因而极具保守性.这种进化上性状的保守性反映了它们的基因组结构存在一定的保守性.人类和硬骨鱼类在进化地位上相差甚远,正因如此,它们基因组之间的保守结构才真实代表了脊椎动物进化的最本质特征.因此,以斑马鱼( Dario rerio )和河豚等鱼类模式物种与人类之间直接开展比较基因组研究是近年来的国际学术探讨热点之一(Amores et al .,1998; Meyer et al .,1998).