角倍蚜线粒体基因组全序列及进化分析

摘要

五倍子蚜属于昆虫纲Insecta同翅目Homoptera瘿绵蚜科Pemphigidae五节根蚜亚科Fordinae昆虫，是具有重要经济意义的蚜虫。其生活周期为转主寄生，且寄主较为单一，寄生性较强。五倍子蚜的夏寄主为漆树科盐肤木属植物，它们为盐肤木、青麸杨和红麸杨;冬寄主以苔藓类植物为主，其中以匐灯藓科、青藓科等苔藓植物居多。五倍子蚜在东亚及北美均有分布，其中在我国分布有6属14种。而角倍蚜Schlechtendalia chinensis是五倍子蚜分布最广、产量最多、应用最广的蚜虫类群，其夏寄主仅为盐肤木一个种，冬季主是以侧枝匐灯藓为主的匐灯藓科苔藓。角倍蚜在分子水平的研究较少，还未见有对其线粒体DNA全基因组序列的研究报道。线粒体是生物体中重要的细胞器，它与有氧呼吸、细胞衰老、能量代谢和细胞凋亡等过程。动物线粒体基因组通常为一个闭合状的环状DNA链，大小通常在15-20kb左右。线粒体基因组通常包含蛋白质编码基因(PCG)、转运RNA(tRNA)、核糖体RNA(rRNA)、非编码控制区(Control Region)或者A+T富含区(A+T-richregion)，其中部分蛋白质编码区和A+T富含区较为保守，因此线粒体DNA全基因组的测定对该物种分子方面的研究有着重要意义。
　　本研究主要内容包括：⑴测得角倍蚜线粒体DNA全基因组序列长为15，568bp(其中一段序列还未测通)，为一个闭合的环状双链DNA分子。该线粒体基因组含有37个基因，其中包括了13个蛋白质编码区基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因以及A+T富含区。在各个编码区域中，AT％的含量也有不同，但是从总体情况来看，AT％的含量还是比较高的，达到了83％，这是昆虫线粒体DNA基凶的共有特征。从各个编码区的组成看，非编码区(A+T rich)的AT％为88.6％，是所有编码区中最高的，即使是AT％含量最少的蛋白质编码区也达到了78.0％。⑵在角倍蚜线粒体DNA蛋白质编码区中，均是由ATA、ATG、ATT和TAA作为起始密码子，而终止子也是有T、TAA和ATG三种，其中终止密码子T会在转录过程中补全，形成一个完整的密码子。在所有的编码区中，Cytb、COⅠ、COⅡ、COⅢ保守性较好。⑶在rRNA序列中，碱基含量占到线粒体基因组碱基总量的6.5％。利用tRNAscan-SE在线预测得到的角倍蚜线粒体DNA基因组中含有22个tRNA，与其他蚜虫含量一致。在测得到的tRNA中，长度大概在60-70bp之间，总量占到全基因组的14.5％。在所有的tRNA中有5个tRNA基因（Asp、Ala、Glu、Thr和Trp）定位在轻链(L)上。它们均可折叠为三叶草结构。⑷从GenBank下载豌豆蚜与麦二叉蚜线粒体DNA全基因组序列，与角倍蚜进行比较分析，结果显示:在基因组长度结构方面，豌豆蚜全线粒体基因组比角倍蚜和麦二叉蚜长，原因为豌豆蚜线粒体基因组分散着两个A+T富含区;在结构组成方面，比较明显是ND2位置的不同以及豌豆蚜含有两个A+T富含区;在碱基含量方面，三种蚜虫的含量也基本保持一致;在蛋白质编码区的起始、终止密码子方面，三种蚜虫的起始密码子大部分是ATA、ATG、TAA和ATT四种，而终止密码子除了均含有是TAA与ATG两种外，角倍蚜的ND1和ND2还含有T为终止密码子，这也符合昆虫线粒体DNA的特征。对三种蚜虫结构的进化分析得出，最早进化的豌豆蚜含有两个A+T富含区，但在蚜虫在长期的进化过程中编码区发生了缺失，由此造成了进化时间较晚的角倍蚜缺失了一个A+T富含区。另外，ND2和部分tRNA的位置转换也可以对物种的进化起到促进作用。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 线粒体基因组基本特征

1．1．1 线粒体基因组结构组成

1．1．2 线粒体基因组特性

1．1．3 线粒体基因的重排机制

1．1．4 线粒体DNA在系统发育分析中的应用

1．2 五倍子蚜研究背景

1．2．1 五倍子蚜概述

1．2．2 角倍蚜简述

1．2．3 国内外研究现状

1．3 本研究目的意义

第二章 材料与方法

2．1 实验采集

2．2 实验试剂和仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 角倍蚜基因组DNA提取

2．3．2 PCR扩增

2．3．3 目的片段克隆

2．3．4 测序

2．3．5 序列拼接和注释

第三章 结果与讨论

3．1 角倍蚜线粒体基因组结构和组成

3．1．1 蛋白质编码区

3．1．2 RNA

3．1．3 非编码区

3．2 生物信息学分析

3．2．1 结构结构

3．2．2 组成成分

3．2．3 基因碱基成分

3．2．4 蛋白质编码区起始、终止密码子

3．2．5 非编码区

小结

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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