三種葉螨的線粒體基因組進化機制研究.pdf

1、線粒體(mitochondrion)是一種普遍存在于真核生物的細胞器，95％細胞活動所需的能量都由線粒體提供，因此它被稱為“細胞的動力工廠”。由于線粒體基因組DNA具有母系遺傳、近似分子鐘的高變異速率和近中性進化三大優(yōu)點，在過去三十年中，線粒體分子標記被廣泛應用于系統(tǒng)發(fā)育(phylogeny)、種群遺傳(population genetics)、生物地理(biogeography)及DNA條形碼分類等領域。隨著線粒體分子標記在各生物類群

2、的廣泛應用以及對線粒體功能的深入研究，研究者對線粒體的這三大優(yōu)點漸漸產(chǎn)生質疑。尤其是在線粒體的中性進化理論方面，越來越多的證據(jù)表明，線粒體基因組普遍受到強烈的負選擇的同時，還偶爾受到一定的正選擇作用。目前研究者們對線粒體的選擇進化機制還不清楚，我們猜想生物所分布區(qū)域的氣候環(huán)境可能對線粒體的選擇進化模式有較大的影響。
　　為了揭示氣候環(huán)境對線粒體的選擇進化機制，本研究以葉螨科中三種分布區(qū)域不同的葉螨為實驗材料，通過全線粒體的基因組測

3、序及選擇壓力分析，比較了三種葉螨線粒體基因組的多樣性和選擇進化模式，主要結果如下:
　　1.通過二代測序技術共測得15個柑橘全爪螨、11個紅葉螨和29個截形葉螨的線粒體基因組序列。對三種葉螨線粒體基因組上的13個蛋白編碼基因的多樣性分析發(fā)現(xiàn)，分布在南方亞熱帶地區(qū)的柑橘全爪螨的線粒體蛋白編碼基因上的同義突變比率和非同義突變比率顯著高于地理上分布相對廣泛的紅葉螨和截形葉螨。同義突變比率在三種葉螨線粒體基因組上13個蛋白編碼基因的分布模

4、式相似，而非同義突變率的分布模式在三種葉螨中存在較大的差異，暗示線粒體的選擇進化模式可能受到氣候環(huán)境的選擇。
　　2.相關性分析發(fā)現(xiàn)，三種葉螨線粒體基因組編碼基因上的同義突變數(shù)目、非同義突變數(shù)目均與基因長度呈顯著正相關;而非同義突變與同義突變的線性回歸分析結果顯示，截形葉螨斜率＞紅葉螨斜率＞柑橘全爪螨斜率。表明柑橘全爪螨的非同義突變可能出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象，過多的非同義突變可能導致了線粒體功能的紊亂而被自然環(huán)境淘汰，截形葉螨線粒體基因組

5、較其它兩種葉螨可能受到了更為強烈的負選擇作用。
　　3.基于密碼子模型的選擇壓力分析進一步證實，三種葉螨的13個蛋白編碼基因都受到了廣泛并強烈的負選擇作用，且處在線粒體單子傳遞鏈復合物Ⅳ(COⅠ、 COⅡ、COⅢ基因）上尤其明顯，而正選擇作用主要發(fā)生在蛋白復合物Ⅰ的基因上(ND1、ND4和ND6基因)。僅分布在亞熱帶地區(qū)的柑橘全爪螨線粒體基因組的負選擇位點數(shù)顯著高于較分布分較為廣泛的其它兩種螨，而正選擇位點數(shù)少于其它兩種葉螨。綜上