鸮形目两种鸟类线粒体基因组全序列测定与比较研究

利用Long-PCR和Primer Walking结合克隆测序法对短耳鸮和长耳鸮线粒体基因组进行了全序列测定. 结果表明: 短耳鸮mtDNA序列全长为18858 bp, 长耳鸮mtDNA全长为18493 bp, 其中短耳鸮mtDNA是目前已知最长的鸟类线粒体基因组. 两种鸮类的基因组结构和基因排列顺序与家鸡相同, 无假控制区, 在ND3基因174位点都存在一个额外插入的胞苷酸(C). 控制区序列异常增大是造成这两种鸟类mtDNA增大的主要原因, 短耳鸮控制区长度为3288 bp, 长耳鸮为2926 bp, 这是目前已知的脊椎动物线粒体基因组中仅次于盲鳗的最大的控制区. 在其控制区3′端存在大量的串联重复序列, 分析发现这两种鸮类的重复序列和Mt5调控元件有较高的序列相似性, 且能形成多重的茎环二级结构, 这表明该重复序列可能具有一定的生理功能, 影响线粒体基因组的复制或转录表达, 从而使相应物种具有更大的选择优势, 以适应环境和生存竞争.     

鸮形目8种鸟类线粒体DNA多态性研究

采用14种限制性内切酶,对鸮形目8种鸟类(Tyto alba、T.capensis、Otus bakkamoena、O.scops、Asio otus、A.flammeus、Strix aluco、Glaucidium cuculoides)线粒体DNA进行限制性片段长度多态分析, 结果表明:不同种间存在基因组长度多态性,短耳鸮为23.35 kb,长耳鸮为19.78 kb,斑头鸺鹠为18.62 kb,红角鸮为17.65 kb.鸮形目种间具有较高的遗传变异,其中仓鸮和草鸮的平均遗传距离为1.0%,长耳鸮和短耳鸮平均为10.8%,红角鸮和领角鸮平均为13.1%,灰林鸮和斑头鸺鹠为12.3%,其中红角鸮与斑头鸺鹠的平均遗传距离最大为17.5%.鸮形目鸟类线粒体DNA的进化速率为每百万年变化2.0%～2.2%,提示鸮形目两个科间在距今2 800～3 000万年前分歧开来,同时,鸱鸮科各种间的分歧时间在距今2 000～2 500万年前,即处于中新世中期.     

Xiao形目8种鸟类线粒体DNA多态性研究

采用１４种限制性内切酶,对Ｘｉａｏ形目８种鸟类线粒体ＤＮＡ进行限制性片段长度多态分析,结果表明：不同种间存在基因组长度多态性,短耳Ｘｉａｏ为２３．３５ｋｂ,长耳Ｘｉａｏ为１９．７８ｋｂ斑头鸺Ｌｉｕ为１８．６２ｋｂ,红鱼Ｘｉａｏ为１７．６５ｋｂ。Ｘｉａｏ形目种间具有较高的遗传变异,其中仓Ｘｉａｏ和草Ｘｉａｏ的平均遗传距离为１．０％,长耳Ｘｉａｏ和短耳Ｘｉａｏ平均为１０．８％,红角Ｘｉａｏ和领角Ｘｉａ     

鸻形目鸟类线粒体基因组测序策略

鸻形目（Charadriiformes）,全世界约有384个物种,分属于19科94属,种类繁多、分布广泛,是研究迁徙和觅食行为的良好材料。近年来,线粒体基因组的研究快速发展,由于样品难以收集,缺乏系统的测序策略,鸻形目鸟类线粒体基因组的研究相对滞后。引物设计对聚合酶链式反应（PCR）至关重要,一个成功的PCR实验依赖于高质量的特异性引物,本研究拟设计一套用于鸻形目鸟类线粒体基因组扩增的通用引物。对GenBank中现有的鸻形目物种线粒体基因组进行多重比对,发现若干个保守性区域,本研究在该区域设计13对扩增鸻形目鸟类线粒体基因组的通用引物,扩增的目的片段长度均在1.5 kb左右。我们选取4个物种,即灰头麦鸡（Vanellus cinereus）、丘鹬（Scolopax rusticola）、白腰草鹬（Tringa ochropus）和针尾沙锥（Gallinago stenura）,进行PCR扩增验证,设计的引物在4个物种中均能顺利扩增、测序,该引物在鸻形目鸟类线粒体基因组扩增中的具有普遍适用性。本研究设计的13对通用引物在扩增鸻形目物种线粒体全基因组中具有较强的应用价值,将为鸻形目的系统发育关系、种群遗传学和生物地理学研究提供珍贵的资源。     

形目8种鸟类线粒体DNA多态性研究

采用１４种限制性内切酶,对号鸟形目８种鸟类（Ｔｙｔｏａｌｂａ、Ｔｃａｐｅｎｓｉｓ、Ｏｔｕｓｂａｋｋａｍｏｅｎａ、Ｏｓｃｏｐｓ、Ａｓｉｏｏｔｕｓ、Ａｆｌａｍｍｅｕｓ、Ｓｔｒｉｘａｌｕｃｏ、Ｇｌａｕｃｉｄｉｕｍｃｕｃｕｌｏｉｄｅｓ）线粒体ＤＮＡ进行限制性片段长度多态分析,结果表明：不同种间存在基因组长度多态性,短耳号鸟为２３３５ｋｂ,长耳号鸟为１９７８ｋｂ,斑头鸺留鸟为１８６２ｋｂ,红角号鸟为１７６５ｋｂ。号鸟形目种间具有较高的遗传变异,其中仓号鸟和草号鸟的平均遗传距离为１０％,长耳号鸟和短耳号鸟平均为１０８％,红角号鸟和领角号鸟平均为１３１％,灰林号鸟和斑头鸺留鸟为１２３％,其中红角号鸟与斑头鸺留鸟的平均遗传距离最大为１７５％。号鸟形目鸟类线粒体ＤＮＡ的进化速率为每百万年变化２０％～２２％,提示号鸟形目两个科间在距今２８００～３０００万年前分歧开来,同时,鸱号鸟科各种间的分歧时间在距今２０００～２５００万年前,即处于中新世中期。     

鸻形目15种鸟类线粒体ND6基因序列差异及其系统进化关系

采用PCR和质粒克隆测序方法,首次获得鸻形目l5种鸟类线粒体基因组的ND6基因全长522bp的序列。经对位排列,序列间末见有插入和缺失,共有216个变异位点,种间序列差异为5．17％—19．92％。以白鹤为外群,用NJ法构建15种鸟类的进化关系树。研究结果表明：构建的系统树将鸻形目15种鸟类分为2个支系：第1支系包括蒙古沙鸻、环颈鸻、灰斑鸻和反嘴鹬。第2支系包括红脚鹬、林鹬、青脚鹬、翘嘴鹬、翻石鹬、大滨鹬、尖尾滨鹬、斑尾塍鹬、中杓鹬、大杓鹬和白腰杓鹬,其中鹬属的3个种和杓鹬属的3个种分别组成一个单系;翘嘴鹬和翻石鹬、大滨鹬和尖尾滨鹬分别聚为姊妹群,表现出较近的亲缘关系;斑尾塍鹬独立分支出来。分子证据提示：鹬科中的塍鹬属、鸻科中的斑鸻属应提升为亚科分类阶元;反嘴鹬与鸻科鸟类亲缘关系较近,组成一个单系,将其归入鸻科下属的一个类群更为合理,与核型研究结果及Sibley新分类体系的观点相一致。     

菜粉蝶线粒体基因组的全序列测定和分析

目前关于蝶类线粒体基因组全序列及其分子进化的研究还不多见。本研究通过长PCR和引物步移法对菜粉蝶Pieris rapae Linnaeus线粒体基因组全序列进行了测定和初步分析。结果表明：菜粉蝶线粒体基因组全长15 157 bp, 包含13个蛋白编码基因、22个tRNA和2个rRNA基因以及1个非编码的控制区域, 它们的长度分别是11 196 bp, 1 474 bp, 2 093 bp和393 bp。37个基因的位置与已报道的其他蝶类基本一致, 共有10对基因间存在总共59 bp的重叠, 重叠碱基数在1~35 bp之间; 基因间隔序列共计13处120 bp, 间隔长度1~46 bp不等, 最大的基因间隔46 bp, 位于tRNA^Ile和tRNA^Gln基因之间。另外, 基于13个蛋白质编码基因的氨基酸序列, 重建了基于蛋白质编码基因序列数据的11种代表性蝶类的NJ和MP系统树。结果表明:凤蝶类(包括凤蝶和绢蝶)为一大支系, 粉蝶类、 灰蝶类与蛱蝶类(包括蛱蝶、 珍蝶)构成另一大支系。结果不支持粉蝶科与凤蝶科（包括凤蝶类和绢蝶类）构成单系群, 却显示粉蝶科、 灰蝶科和蛱蝶科的组合为单系群。     

龟鳖类线粒体全基因组的比较研究

在基因组水平上,比较分析了已登录GenBank的19种龟鳖类线粒体全基因组的结构特征．结果表明：1）除平胸龟、扁陆龟外,其余17种龟鳖类线粒体基因组结构、基因排列顺序均与典型的脊椎动物相似,显示龟鳖类线粒体基因组在进化上十分保守：2）19种龟鳖类线粒体全基因组和各部分的碱基组成均表现出高AT、低G含量的偏向,在控制区中表现尤为明显：3）除中华鳖和白腹摄龟外,其余种类的某些蛋白编码基因中都存在一个或多个额外插入的核苷酸：4）除侧颈龟亚目的非洲侧颈龟外,其余18种曲颈龟线粒体DNA的“WANCY”区中都存在轻链复制起始点（OL）,且它们的二级结构、核苷酸组成高度保守,推测该结构可能是曲颈龟亚目的一个共同特征：5）部分龟鳖类线粒体基因组控制区3’端存在大片段（200～450bp）的重复序列,某些龟鳖类中有由（AT）构成的微卫星序列,并且这些拷贝序列在种间表现出一定的差异,其可作为特异的分子标记,对于龟鳖类动物系统学的研究、亲缘关系的鉴定、物种多样性的保护和研究等方面具有重要的参考价值．     

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.     

云斑车蝗线粒体基因组全序列测定与分析

采用长距 PCR 扩增及保守引物步移法并结合克隆测序测定并注释了云斑车蝗 Gastrimargus marmoratus （Thunberg）的线粒体基因组全序列。结果表明：云斑车蝗线粒体基因组全序列为15 904 bp（GenBank登录号为EU527334）,A+T含量略高于非洲飞蝗Locusta migratoria,为76.04%,包括13个蛋白质编码基因,22个tRNA 基因,2个rRNA基因和一段1 057 bp的A+T富集区。蛋白质基因的起始密码子中,除COⅠ和ND5为TTG以外,均为昆虫典型的起始密码子ATN。ND5基因使用了不完全终止密码子T,其余基因均为典型的TAA或TAG。预测了22个tRNA基因的二级结构,发现tRNA^Ser（AGN）缺少DHU臂, tRNA^Ser（UGY）的反密码子环上有9个碱基。预测了云斑车蝗12S和16S rRNA二级结构,分别包括3个结构域30个茎环和6个结构域44个茎环。A+T富集区含有3个串联重复序列。     

新疆3种雅罗鱼线粒体DNA控制区序列的差异和系统进化关系

对分布在新疆的准噶尔雅罗鱼(Leuciscus merzbacheri)、贝加尔雅罗鱼(Leuciscus leuciscus baicalensis)和高体雅罗鱼(Leuciscus idus)3个鱼种共24尾个体的线粒体DNA D-loop控制区核苷酸序列进行了测定,获得24条长度为667—669bp的同源基因序列。3种雅罗鱼之间的序列差异在6．39％—9．89％之间,贝加尔雅罗鱼与高体雅罗鱼种间序列同源性高,变异程度小;贝加尔雅罗鱼与准噶尔雅罗鱼种间序列同源性最低,变异程度最大。所采集的贝加尔雅罗鱼两个地理群体(赛里木湖和额尔齐斯河)内mtDNA的平均核苷酸碱基序列差异为1．07％和1．08％;两群体间的序列差异为1．07％,显示两个地理群体间无明显分化。DNA序列数据显示,这3种鱼类线粒体DNAD-loop序列变异丰富,24尾个体呈现独自的单倍型。同源基因序列平均含AT碱基64．1％,GC碱基35．9％,显示准噶尔雅罗鱼、贝加尔雅罗鱼、高体雅罗鱼的线粒体DNAD-loop区核苷酸组成的不均一性。分子系统树提示,贝加尔雅罗鱼与高体雅罗鱼亲缘关系较近,准噶尔雅罗鱼是3种雅罗鱼中较古老的鱼种。     

Comparative Analysis of a Mitochondrial DNA Control Region Fragment Amplified from Three Adriatic Flatfish Species and Molecular Phylogenesis of Pleuronectiformes

The 5′-end of the mitochondrial control region of three Pleuronectiformes from the Adriatic Sea, Platichthys flesus italicus (Adriatic flounder), Solea vulgaris (common sole), and Solea kleini (Klein's sole), was sequenced and compared with that of six other flatfish species from the families Pleuronectidae and Bothidae. The sequence structures of all flatfishes appear very similar and consist of alternate short segments with low, medium, and high rates of nucleotide substitution. Four conserved 19-bp repeats occur at the beginning of the European and Adriatic flounder sequences. The common occurrence of tandem arrays in fish control regions could be related to a stable secondary structure. Molecular phylogenetic relationships among Pleuronectiformes agree well with previous morphologic data at all taxonomic levels. Molecular analyses could therefore contribute to resolving phylogenetic and taxonomic debates within the Pleuronectiformes. Received December 1, 1997; accepted June 30, 1998.     

动物mtDNA控制区及保守与异质

本文通过文献综述,对动物线粒体DNA控制区进行了阐述.从线粒体控制区（control region）基因组的研究出发,重点介绍了动物线粒体控制区基因组结构特点.主要结论：由于碱基替换、插入和缺失以及重复序列数目的变异致使D-loop成为mtDNA中变异最多的区域,但突变和结构重排并不是发生在整个D-loop区域,而是在高变区;大多研究集中在mtDNA D-loop保守区和异质方面：对D-loop序列分析,能较好地阐明动物的起源,在动物亲缘关系鉴定、系统进化和物种形成方式的研究等领域具有广阔的研究和应用前景.     

红腹锦鸡线粒体DNA控制区结构和遗传变异研究

红腹锦鸡(Chrysolophus pictus)是中国特有珍稀鸟类,仅见于中国中部和西部的山地,为国家二级重点保护动物.采用聚合酶链式反应和直接测序的方法测定了采自湖南新宁县和龙山县的28只红腹锦鸡线粒体DNA控制区序列.在获得的1 123 bp的碱基序列中,碱基含量为T 32.79%、C 26.07%、A 26.62%和G14.52%,共检测出20个多态性核苷酸变异位点,其中简约信息位点11个.对比其它已报导的雉类控制区结构,对红腹锦鸡控制区结构进行了分析,识别了其高变Ⅰ区、中间保守Ⅱ区和保守Ⅲ区,找到了与终止相关的序列TAS以及保守序列(F、E、D、C).28个样本共发现11种单倍型,其中单倍型hap1和hap2的比例很高.新宁种群的遗传多样性比龙山种群的高,两个种群存在基因流较频繁,未出现明显遗传分化.     

龙种金鱼和蛋种金鱼线粒体DNA控制区的序列分析

利用PCR技术扩增了红龙睛、墨龙睛、虎头和水泡眼4种金鱼线粒体DNA控制区部分核苷酸序列,长度分别为724、724、720、722bp.测序结果显示,龙种金鱼红龙睛、墨龙睛的线粒体DNA控制区的序列完全相同,同源性为100%;蛋种金鱼虎头、水泡眼的序列相差4个碱基,同源性为99.4%.研究表明,这4个金鱼品种之间的同源性都很高,而同品系金鱼的亲缘关系相对较近.引用Genbank中鲫鱼的序列,构建了金鱼和鲫鱼的NJ分子系统树,从分子水平证实了金鱼起源于鲫鱼.     

鳜类鱼类的线粒体DNA控制区结构及其系统发育分析

鳜类为低等鲈形目鱼类,是东亚特有类群。然而,关于其系统位置、分类以及一些物种的有效性等尚有争议。采用PCR扩增直接测序的方法,获得了鳜、大眼鳜、斑鳜、暗鳜、波纹鳜、长体鳜、中国少鳞鳜线粒体DNA控制区基因的序列。对比其他已报道鱼类控制区的结构识别序列,对鳜类鱼类控制区的结构进行了分析,识别了终止序列区、中央保守区和保守序列区,并找到了DNA复制终止相关的序列ETAS和中央保守区的保守序列CSB-F、CSB-E、CSB-D以及保守序列区的保守序列CSB1、CSB2、CSB3。几种鳜鱼间共有191个变异位点,其中,终止序列区的变异最高,占总变异的61．3％,中央保守区和保守序列区占总变异的38．7％。这一结果可为全面了解鱼类线粒体DNA控制区的结构特征提供资料。同时,利用高度变异的控制区序列,以鲈科和错科作为外群,使用邻接法和最大简约法构建了这几种鳜鱼的系统发育树。结果表明：鳜类为一单系类群,鳜、大眼鳜、斑鳜、暗鳜、波纹鳜、长体鳜构成一支鳜鱼群,其中,鳜与大眼鳜为姐妹种;中国少鳞鳜为另一支少鳞鳜群;长体鳜未单独成一支,而是聚入鳜鱼群内,应更名为Siniperca roulei。研究结果支持将现生鳜类分为两个类群的观点。     

Structure of the Mitochondrial DNA Control Region of the Sinipercine Fishes and Their Phylogenetic Relationship

The mitochondrial DNA control region of Siniperca chuatsi, S. kneri, S. scherzeri, S. obscura, S. undulata, Coreosiniperca roulei and Coreoperca whiteheadi were amplified by PCR amplification and directly sequenced. The mtDNA control region of the sinipercine fishes could be separated into three domains, namely, the terminal associated sequence domain, the central conserved sequence domain and the conserved sequence block domain. The extended terminal associated sequence (ETAS), three conserved sequence blocks (CSB-F, CSB-E, CSB-D) in the central conserved sequence domain and three conserved sequence blocks (CSB1, CSB2, CSB3) in the conserved sequence block domain were also identified. The phylogenetic relationships among these sinipercine fishes were constructed through neighbor-joining and maximum parsimony methods using Percidae and Serranidae as outgroups. Results showed that sinipercine fishes were a monophyletic group, with Siniperca forming one group, and Coreoperca forming another group. Coreosiniperca roulei did not form an independent group but was merged into the genus Siniperca. Thus it should be renamed as Siniperca roulei.     

Comparative Analysis of Mitochondrial DNA Diversity in Smelts

The polymerase chain reaction (PCR) was used to amplify a segment of the mitochondrial DNA coding for NADH-dehydrogenase subunits ND5/ND6 in five smelt species (family Osmeridae). Amplified DNA was screened for restriction fragment length polymorphism (RFLP). Nucleotide sequence divergence of mitochondrial DNA between species ranges from 11.9 (between Hypomesus nipponensis and H. japonicus) to 24.7% (between Osmerus mordax dentex and Mallotus villosus catervarius). The genetic divergence between populations of H. nipponensis, H. japonicus, and Osmerus mordax dentex was 0.32, 0.08 to 0.15, and 0.025%, respectively. The absence of common haplotypes enables differentiation of closely related smelt species and, therefore, can be used for solving current problems in the taxonomy and biogeography of this family.     

鸟类线粒体DNA研究概述

线粒体DNA作为理想的分子标记已被广泛用于鸟类种群遗传学和进化遗传学的研究,并取得了许多有意义的结果。本文介绍鸟类线粒体DNA的组成、结构特点及多态性的研究,综述近年来有关鸟类分子进化研究的进展情况,对今后的发展进行了初步的探讨。 Abstract:Mitochondrial DNA as a genetic marker has been successfully applied to the study of molecular evolution of birds.The apparently maternal inheritance of mitochondrial DNA and its fast evolution in primary sequence has made it attractive in population and evolutionary genetics.Mitochondrial DNA of birds displays two characteristics not seen in other vertebrates mtDNA,that is,a novel gene order and the absence of an equivalent to the light-strand replication origin.The research on polymorphism of mtDNA can resolve phylogenies of birds both at lower and higher taxonomic levels.Here we review progress on avian molecular evolution in recent years,and make preliminary studies of the development in this field.