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直翅目昆虫的线粒体谱系基因组学研究

2020-11-23阅读(413)

直翅目昆虫的线粒体谱系基因组学研究

论文摘要

直翅目属于节肢动物门、六足总纲、昆虫纲，是一类较常见的昆虫，包括蝗虫、蟋蟀、螽蟖、蝼蛄等昆虫，已知有20000种以上，广泛分布于世界各地，以热带地区种类较多。目前针对直翅目的系统发育关系尚未形成统一的系统。本研究采用了基于长PCR的二次PCR策略，采用PCR直接测序和克隆测序相结合的方法，对螽蟖总科的两种昆虫中华螽蟖和长瓣草螽的线粒体基因组部分序列进行测定和组装，并进行了注释。通过联合GenBank收录的9种已测昆虫的线粒体基因组数据和本实验室2种已测的直翅目昆虫中华稻蝗和优雅蝈螽，采用谱系基因组学研究方法，对直翅目昆虫系统发育关系进行了研究。主要结论如下：1、所测得的两种直翅目昆虫的线粒体基因组长度分别为中华螽蟖14974bp，长瓣草螽14591bp。中华螽蟖的所测线粒体部分包括13种蛋白质基因、21种tRNA基因(未测出tRNAIle)、2种rRNA基因。长瓣草螽的所测线粒体部分包括13种蛋白质基因、19种tRNA基因(未测出tRNAIle、tRNAMet、tRNAGln)、2种rRNA基因。两种螽蟖的控制区都未能成功扩增。2、所测两种螽蟖的线粒体基因在基因顺序上与东方蝼蛄一致，即tRNALys（K）和tRNAAsp（D）基因排序为KD，而与飞蝗不同。中华螽蟖线粒体基因在16对基因之间存在总长度达88bp的重叠，基因间的间隔区长达296bp。长瓣草螽在15对基因之间存在总长度达128bp的重叠，tRNAGly几乎全部位于COⅢ基因内部，基因间有38bp的序列间隔区。3、中华螽蟖和长瓣草螽线粒体基因组的蛋白编码基因、rRNA基因和tRNA基因均存在很强的碱基A+T含量偏向性，最高的两个基因为tRNAGlu和tRNAAsp。蛋白质基因序列的A+T含量在密码子的1、2、3位及整体水平都具有明显的A+T碱基偏向性，这与线粒体基因组具有高A+T偏向性的特征是一致的；蛋白质编码基因的A+T含量在第3位密码子处都是最高的，这线粒体具有GC→AT突变压，以及密码子第3位点存在的高变异率规律是十分相符的。4、中华螽蟖和长瓣草螽的13种蛋白质基因都使用ATN作为起始密码子，除ND5基因以单独的T作为终止密码子外，其余的蛋白质编码基因都以完整的三联密码子TAA或TAG作为终止密码子。蛋白质基因的氨基酸组成中Leu、Ser、Ile、Phe的含量很高。5、除tRNASer（AGN）缺失了D-臂外，其余的tRNA基因二级结构都可以折叠成典型的三叶草结构，反密码子和多数六足动物一致，多为GNN或UNN。反密码子环和氨基酸接受臂非常保守，其它臂环的变异较大。在tRNA二级结构的4个臂上均存在不同程度的碱基错配，错配类型多为G-U配对。2个rRNA基因较保守。6、对13种昆虫线粒体的蛋白质编码基因（PCG）数据集、蛋白质数据集、tRNA数据集，应用谱系基因组学方法进行直翅目昆虫系统发育研究表明，蝗亚目具有单系性，本研究所选用的数据对直翅目的系统发育关系缺乏足够解析力，在排除长枝吸引的影响后，只有部分数据能确定直翅目的单系性。而目前大多数学者认为直翅目是一个单系群，因此关于直翅目的单系性问题，有待于基于更多样本量的线粒体基因组数据进行深入探讨。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一部分 前言
  • 1 基因组学
  • 2 谱系基因组学
  • 3 线粒体基因组学研究概况
  • 3.1 线粒体介绍
  • 3.2 昆虫mtDNA结构
  • 3.3 线粒体 DNA的进化
  • 3.4 六足动物全线粒体基因组测序现状
  • 4 线粒体基因组的研究方法
  • 4.1 线粒体基因组的纯化
  • 4.2 测序方法
  • 4.3 线粒体基因组测序策略
  • 5 直翅目昆虫的分类简介
  • 5.1 直翅目简介
  • 5.2 螽蟖分类简介
  • 5.3 本研究使用的标本介绍
  • 6 本研究的目的和意义
  • 第二部分 材料与方法
  • 1 实验材料
  • 1.1 标本的采集、保存与鉴定
  • 1.2 实验仪器和试剂
  • 2 实验方法
  • 2.1 总 DNA提取
  • 2.2 总 DNA检测
  • 2.3 PCR引物设计及 PCR扩增
  • 2.4 Sub-PCR扩增产物测序
  • 3 数据处理和分析
  • 3.1 测序结果的片段拼接与组装
  • 3.2 线粒体基因组序列的基因定位与注释
  • 3.3 线粒体基因组基因组成情况的分析
  • 3.4 tRNA的二级结构的预测
  • 4 直翅目昆虫的线粒体谱系基因组学分析
  • 4.1 序列数据来源
  • 4.2 序列比对
  • 4.3 序列组成分析
  • 4.4 数据组系统发育信号检验
  • 4.5 建树
  • 第三部分 实验结果分析与讨论
  • 1 实验结果
  • 1.1 基因组总 DNA提纯
  • 1.2 长 PCR扩增和纯化
  • 1.3 Sub-PCR扩增和纯化
  • 1.4 Sub-PCR产物直接测序或克隆测序
  • 2 序列拼接和组装
  • 2.1 中华螽蟖序列组装结果
  • 2.2 长瓣草螽序列组装结果
  • 3 线粒体基因组的注释
  • 3.1 线粒体基因组的基本情况
  • 3.2 蛋白质基因和密码子组成分析
  • 3.3 tRNA基因注释及分析
  • 3.4 rRNA基因注释及分析
  • 4 直翅目昆虫的谱系基因组学分析
  • 4.1 序列比对
  • 4.2 序列比对结果和数据集组成分析
  • 4.3 数据集系统发育信号检验
  • 4.4 构建系统发育树
  • 4.5 系统树构建结果分析
  • 4.6 直翅目昆虫的系统发育关系讨论
  • 第四部分 总结
  • 参考文献
  • 附录:测序结果
  • 致谢
  • 攻读学位期间的研究成果

    • 相关论文文献

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