脊椎动物中线粒体基因片段向核内转移的比较分析

论文摘要

线粒体基因频繁的向细胞核中转移,产生了一些与线粒体基因同源并且没有表达功能的序列。这种序列就被称为线粒体假基因,即Numts （nuclear mitochondrial DNA segments,简称Numts）。线粒体假基因目前在植物、昆虫和哺乳动物中研究较为广泛,但对于鸟类核基因组中的线粒体假基因研究却很少。随着聚合酶链式反应（PCR）和DNA测序技术的发展,线粒体DNA （mtDNA）已成为鸟类系统学和进化研究的理想分子标记。目前公共数据库（GenBank）中,鸟类仅有6个目（雁形目、鸽形目、隼形目、鸻形目、鸡形目和雀形目）存在线粒体假基因共244条（包括实验室前期获得的35条numts序列）。利用GenBank上9个物种的线粒体基因组的数据（家鸡（Gallus gallus,NC001323）、小鼠（Mus musculus,NC001665）、大鼠（Rattus norvegicus,NC005089）、猪（Sus scrofa,NC000845）、家牛（Bos taurus,NC006853）、家狗（Canis familiaris,NC002008）、猕猴（Rhesus macaque,NC005943）、黑猩猩（Pan troglodytes,NC001643）、人（Homo sapiens,NC001807））为诱饵序列,在NCBI中分别与其核基因组序列进行做Blastn同源性序列比对,推断同源性较高的为线粒体假基因（numts）,对其线粒体序列和numts侧翼序列分析。结果如下:家鸡、小鼠、大鼠、猪、牛、狗、猕猴、黑猩猩和人类核基因组中存在的numts数量分别为15、44、17、21、39、69、92、159及147条;在猕猴、黑猩猩和人的核基因组中的线粒体假基因序列分别涵盖了其各自线粒体基因组的全部序列;9个物种中线粒体rRNA基因向核内转移的次数最多。分析numts侧翼序列的重复元件发现:家鸡核基因组序列中仅有不到5 %的序列含有重复序列,并认为家鸡中的任何一条numt都是独立插入到核基因组中。Numts侧翼序列GC含量均小于44 %。对numts侧翼序列的分析有助于进一步了解线粒体基因向核基因组转移的机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 线粒体基因组的进化
• 1.1 线粒体的起源
• 1.2 脊椎动物的线粒体基因组
• 1.3 线粒体和细胞核之间的基因组交流
• 1.3.1 线粒体基因向细胞核的转移
• 1.3.2 细胞核基因向线粒体的转移
• 第二章 线粒体假基因研究进展
• 2.1 Numts 的发现
• 2.2 Numts 的形成
• 2.3 Numts 的特征
• 2.4 识别和避免numts 的方法
• 2.4.1 Numts 的识别
• 2.4.2 Numts 的避免
• 2.4.2.1 选择合适的扩增组织
• 2.4.2.2 通过反转录PCR（RT-PCR）方法避免Numts
• 2.4.2.3 设计特异性引物
• 2.4.2.4 以长链PCR 产物为模板进行二次PCR
• 2.5 Numts 对于应用mtDNA 的影响
• 2.5.1 对人类病理学方面的影响
• 2.5.2 对鸟类线粒体基因组研究的影响
• 2.5.3 对脊椎动物系统发育分析的影响
• 2.6 Numts 的应用
• 2.6.1 揭示核DNA 和线粒体 DNA 的突变模式
• 2.6.2 作为遗传标记研究种间和种内变异
• 2.6.3 研究核基因组和线粒体基因组之间的分子进化机制和进化速率
• 2.6.4 研究物种系统发育学的一种新的方法
• 第三章 鸟类线粒体假基因
• 3.1 背景介绍
• 3.2 数据的获得
• 3.3 结果
• 3.4 讨论
• 第四章 脊椎动物的线粒体假基因
• 4.1 背景介绍
• 4.2 数据的获得
• 4.3 分析方法
• 4.4 结果
• 4.4.1 线粒体假基因在脊椎动物中的分布
• 4.4.2 线粒体基因向核中转移的频率
• 4.4.3 Numts 侧翼序列片段的重复元件
• 4.5 讨论
• 4.5.1 Numts 在脊椎动物中的含量
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 附录1：脊椎物种中存在的numts 序列
• 发表论文
• 致谢