灰飞虱线粒体基因组适应性进化
灰飞虱[Laodelphax striatellus (Fallén)]属半翅目，飞虱科，是一种非常重要的农业害虫，在世界上分布范围广泛。前期通过线粒体COI和COII基因研究了灰飞虱的种群遗传结构，发现灰飞虱自然种群中存在两种线粒体单倍型HGI和HGII，两者的地理分布与环境温度相关，然而HGI和HGII单倍型间无固定的非同义变异，两者地理分布的遗传机制尚不清楚。为了揭示两者的地理分布规律的遗传机制，本研究通过对HGI和HGII单倍型灰飞虱进行了线粒体全基因组的PCR扩增和测序，分析了两者DNA多样性差异， 并通过Tajima’s D的比较了两者选择进化压力。我们分别测得20个HGI和20个HGII线粒体基因组，Wilcoxon signed-rank统计分析表明两单倍型间在同义突变比率和非同义突变比率上均无显著差异（P = 0.08）。Tajima’s D分析结果显示两单倍型的线粒体基因组均受到强烈的负选择，并在HGI单倍型的CYTB基因上发现了一个极显著的正选择信号，且在其附近找到了一个非同义突变，该非同义突变的频率与环境温度呈显著正相关。我们推测这个非同义突变可能有利于灰飞虱在寒冷地区生存。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 材料与方法3
1.1 供试虫源3
1.2 DNA提取3
1.3 全线粒体基因组的扩增3
1.4 PCR产物检测，纯化及质量检测学研究中的应用4
1.5 线粒体基因组的测序6
1.6 线粒体基因组拼接分析6
1.7 线粒体基因组选择压分析6
2 结果与分析6
2.1 线粒体基因组DNA多样性6
2.2 线粒体基因组同义突变与非同义突变比较7
2.3 线粒体基因组Tajima’s D8
2.4 CYTB基因非同义突变与气温的关系8
3 讨论9
致谢10
参考文献10
灰飞虱线粒体基因组适应性进化
引言
引言
1.灰飞虱的重要性及前期种群 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
遗传研究发现的问题
灰飞虱[Laodelphax striatellus(Fallén)]属半翅目，飞虱科，是一种非常重要的农业害虫。广泛分布在古北区与东洋区，主要分布在温带地区，从菲律宾到西伯利亚，再到欧洲，北非等地，国内各地均有分布，以长江流域及北方稻区发生较多。灰飞虱耐寒怕热，最适合的温度是2325℃，当温度超过30℃时，成虫寿命短，死亡率增加。在南部稻区如广东等地无越冬情况，冬季仍然能够继续危害小麦。其他地区均以3、4龄若虫在麦田、绿肥田等地越冬。刘向东等研究表明在江淮稻区冬季低温环境下对灰飞虱种群的存活影响很小，3龄若虫在04℃的低温条件下12小时无冻倒现象，而持续长达20小时冻倒率仅为14.3%，且冻倒者均能在适宜的条件下复苏[1]。灰飞虱主要为害早、中稻秧田和本田分蘖期的稻苗。除以成虫、若虫刺吸为害外，还传播病毒病害。
本实验室前期通过13个微卫星分子标记和2个线粒体分子标记对中国22个地理种群的灰飞虱进行了种群遗传结构研究，结果发现我国灰飞虱在核基因上无显著分化，而在线粒体上表现出显著分化。贝叶斯进化树及单倍型网络分支图分析发现灰飞虱存在两种不同线粒体单倍型群（HGI和HGII），且HGI的频率高于HGII，尤其是东北的四个种群，HGI的频率将近100%，具有显著优势，且单倍型多样性极低。相关性分析发现HGI在地理种群中的分布频率与该地区的温度存在显著的负相关性。但两单倍型间在COI和COII基因上没有固定的非同义突变，其地理分布的遗传机制尚不清楚。
2.线粒体简介
线粒体（mitochondrion）是一种普遍存在于真核生物的细胞器，95%细胞活动所需的能量都由线粒体提供，因此它被称为“细胞的动力工厂”。线粒体还参与脂肪酸代谢、细胞钙离子信号、细胞老化、凋亡、细胞转运、温度调节和免疫等重要的生命活动。线粒体有其自身的遗传物质，即线粒体基因组（mitochondrial genome）。Nass于19世纪60年代通过鸡胚胎细胞发现了线粒体存在自己的遗传物质，即线粒体基因组（Mitochondrial Genome, mtDNA）[2]。线粒体基因组大多为环状双链DNA，部分为线状DNA，线粒体基因组在不同种群中大小差异很明显，小的只有6kb左右（疟原虫Plasmodium falciparum），大的可达200kb以上（陆生植物）。目前一种开花植物Arabidopsis thaliana有测得的最大线粒体基因组，为366,924bp[3]。造成不同物种间线粒体基因组大小差异显著的原因主要是非编码区长度差异较大，以及基因长度差异、缺失[4]和一些编码基因的重复[5]。虽然拟南芥线粒体基因的全长是人类的22倍，但是编码蛋白质的基因数量仅仅为人类的2.5倍，因此线粒体基因组大小和蛋白质编码基因数量之间没有一定的相关性[6]。原生动物R. amenicana的蛋白质编码基因高达97个，包含了目前在线粒体中发现的所有蛋白质编码基因[3]。昆虫线粒体基因组大小通常约为15kb，是典型的闭合环状DNA分子链。基因组长度的差异主要是由非编码区大小不同造成的。昆虫线粒体基因组的两条链中，J链包含大部分的链，也称重链或H链；N链含有较少基因的链，也称轻链或L链。通常，昆虫线粒体基因中，23个基因位于H链上，14个基因位于L链上。
13个昆虫线粒体蛋白质编码基因分别为：NADH脱氢酶亚基（ND1, ND2, ND3, ND4, ND4L, ND5, ND6），细胞色素C氧化酶亚基I、II、III(COI, COII, COIII)，细胞色素b脱辅基酶（Cytb），ATP合成酶亚基（ATPase6, ATPase8）。其中，ND1、ND4、ND4L、ND5这4个基因位于N链上，其余9个基因在J链上。
目前学术界的主流认识是线粒体基因组遵循严格的母系遗传，同一群体的同一雌系后代的不同个体之间，线粒体基因组不存在差异[7]。线粒体也会发生父系渗漏(Paternal Leakage)现象，这种现象是由于受精卵识别父系线粒体的机制失效，而使父系线粒体在后代个体中保留下来。父系渗漏可以引起个体的线粒体基因组异质性。
3.线粒体基因组的选择进化
达尔文认为，物种在生存斗争中，具有有利变异的个体，容易在生存斗争中占优势进而生存下去。反之，具有不利变异的个体，则容易在生存斗争中由于无法生存而逐渐消失。也就是说凡是能够生存下来的生物都是适应环境的，而被淘汰的生物都是不能适应环境的，这就是适者生存。达尔文把在生存斗争中，适者生存、不适者被淘汰的过程叫做自然选择。
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摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 材料与方法3
1.1 供试虫源3
1.2 DNA提取3
1.3 全线粒体基因组的扩增3
1.4 PCR产物检测，纯化及质量检测学研究中的应用4
1.5 线粒体基因组的测序6
1.6 线粒体基因组拼接分析6
1.7 线粒体基因组选择压分析6
2 结果与分析6
2.1 线粒体基因组DNA多样性6
2.2 线粒体基因组同义突变与非同义突变比较7
2.3 线粒体基因组Tajima’s D8
2.4 CYTB基因非同义突变与气温的关系8
3 讨论9
致谢10
参考文献10
灰飞虱线粒体基因组适应性进化
引言
引言
1.灰飞虱的重要性及前期种群 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
遗传研究发现的问题
灰飞虱[Laodelphax striatellus(Fallén)]属半翅目，飞虱科，是一种非常重要的农业害虫。广泛分布在古北区与东洋区，主要分布在温带地区，从菲律宾到西伯利亚，再到欧洲，北非等地，国内各地均有分布，以长江流域及北方稻区发生较多。灰飞虱耐寒怕热，最适合的温度是2325℃，当温度超过30℃时，成虫寿命短，死亡率增加。在南部稻区如广东等地无越冬情况，冬季仍然能够继续危害小麦。其他地区均以3、4龄若虫在麦田、绿肥田等地越冬。刘向东等研究表明在江淮稻区冬季低温环境下对灰飞虱种群的存活影响很小，3龄若虫在04℃的低温条件下12小时无冻倒现象，而持续长达20小时冻倒率仅为14.3%，且冻倒者均能在适宜的条件下复苏[1]。灰飞虱主要为害早、中稻秧田和本田分蘖期的稻苗。除以成虫、若虫刺吸为害外，还传播病毒病害。
本实验室前期通过13个微卫星分子标记和2个线粒体分子标记对中国22个地理种群的灰飞虱进行了种群遗传结构研究，结果发现我国灰飞虱在核基因上无显著分化，而在线粒体上表现出显著分化。贝叶斯进化树及单倍型网络分支图分析发现灰飞虱存在两种不同线粒体单倍型群（HGI和HGII），且HGI的频率高于HGII，尤其是东北的四个种群，HGI的频率将近100%，具有显著优势，且单倍型多样性极低。相关性分析发现HGI在地理种群中的分布频率与该地区的温度存在显著的负相关性。但两单倍型间在COI和COII基因上没有固定的非同义突变，其地理分布的遗传机制尚不清楚。
2.线粒体简介
线粒体（mitochondrion）是一种普遍存在于真核生物的细胞器，95%细胞活动所需的能量都由线粒体提供，因此它被称为“细胞的动力工厂”。线粒体还参与脂肪酸代谢、细胞钙离子信号、细胞老化、凋亡、细胞转运、温度调节和免疫等重要的生命活动。线粒体有其自身的遗传物质，即线粒体基因组（mitochondrial genome）。Nass于19世纪60年代通过鸡胚胎细胞发现了线粒体存在自己的遗传物质，即线粒体基因组（Mitochondrial Genome, mtDNA）[2]。线粒体基因组大多为环状双链DNA，部分为线状DNA，线粒体基因组在不同种群中大小差异很明显，小的只有6kb左右（疟原虫Plasmodium falciparum），大的可达200kb以上（陆生植物）。目前一种开花植物Arabidopsis thaliana有测得的最大线粒体基因组，为366,924bp[3]。造成不同物种间线粒体基因组大小差异显著的原因主要是非编码区长度差异较大，以及基因长度差异、缺失[4]和一些编码基因的重复[5]。虽然拟南芥线粒体基因的全长是人类的22倍，但是编码蛋白质的基因数量仅仅为人类的2.5倍，因此线粒体基因组大小和蛋白质编码基因数量之间没有一定的相关性[6]。原生动物R. amenicana的蛋白质编码基因高达97个，包含了目前在线粒体中发现的所有蛋白质编码基因[3]。昆虫线粒体基因组大小通常约为15kb，是典型的闭合环状DNA分子链。基因组长度的差异主要是由非编码区大小不同造成的。昆虫线粒体基因组的两条链中，J链包含大部分的链，也称重链或H链；N链含有较少基因的链，也称轻链或L链。通常，昆虫线粒体基因中，23个基因位于H链上，14个基因位于L链上。
13个昆虫线粒体蛋白质编码基因分别为：NADH脱氢酶亚基（ND1, ND2, ND3, ND4, ND4L, ND5, ND6），细胞色素C氧化酶亚基I、II、III(COI, COII, COIII)，细胞色素b脱辅基酶（Cytb），ATP合成酶亚基（ATPase6, ATPase8）。其中，ND1、ND4、ND4L、ND5这4个基因位于N链上，其余9个基因在J链上。
目前学术界的主流认识是线粒体基因组遵循严格的母系遗传，同一群体的同一雌系后代的不同个体之间，线粒体基因组不存在差异[7]。线粒体也会发生父系渗漏(Paternal Leakage)现象，这种现象是由于受精卵识别父系线粒体的机制失效，而使父系线粒体在后代个体中保留下来。父系渗漏可以引起个体的线粒体基因组异质性。
3.线粒体基因组的选择进化
达尔文认为，物种在生存斗争中，具有有利变异的个体，容易在生存斗争中占优势进而生存下去。反之，具有不利变异的个体，则容易在生存斗争中由于无法生存而逐渐消失。也就是说凡是能够生存下来的生物都是适应环境的，而被淘汰的生物都是不能适应环境的，这就是适者生存。达尔文把在生存斗争中，适者生存、不适者被淘汰的过程叫做自然选择。
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