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真江蓠（Gracilaria vermiculophylla）线粒体全基因组扩增及系统进化分析

作　者: 钱浩
导　师: 刘涛
学　校: 中国海洋大学
专　业: 生物工程
关键词: 红藻江蓠科真江蓠线粒体DNA 系统发育重叠基因
分类号: S917.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

真江蓠（Gracilaria vermiculophylla）属于真核生物域（Eukaryota）植物界（Plantae）红藻门（Rhodophyta）真红藻纲（Florideophyceae）江蓠目（Gracilariales）江蓠科（Gracilariaceae）江蓠属（Gracilaria）。真江蓠是世界广布种，在我国沿海潮间带也分布广泛，是琼胶产业的重要原料之一，能够作为海产动物养殖的饵料。近几十年来，随着基因组学迅猛发展，越来越多的物种的全基因组被测序出来，揭开了神秘基因组的层层面纱。作为细胞内半自主细胞器的线粒体，其特点是多拷贝，基因组较小，基因排列相对保守等。对于藻类而言，目前已经完成线粒体全基因组测序的物种共81个，分布于3个界（色素界Chromista、植物界Plantae、原生动物界Protozoa），9个门（棕色藻门Ochrophyta、隐藻门Cryptophyta、红藻门Rhodophyta、轮藻门Charophyta、定鞭藻门Haptophyta、绿藻门Chlorophyta、灰藻门Glaucophyta、领鞭毛虫门Choanozoa、纤毛门Ciliophora）中。藻类的线粒体基因组在构型、大小、内含子、基因数目、重复序列、茎环结构等方面表现出了极大的多样性，并明显体现出与绿色维管植物的差异。本研究首次对中国青岛和俄罗斯的两株真江蓠（Gracilaria vermiculophylla）的线粒体基因组进行了PCR扩增和测序。两株真江蓠（Gracilariavermiculophylla）线粒体基因组DNA序列长度约为26kbp，AT含量约为72%。基因组注释结果一致：ORF框1个，编码蛋白基因24个，核糖体RNA（rRNA）基因2个，转运RNA（tRNA）21个，所有的基因均没有内含子插入，存在两个转录单元，在转录起始位点分开，分别在正链和负链按照两个极性转录。两个线粒体基因组均以密码子ATG作为起始密码子；除atp8基因和rpl16基因使用密码子TAG作为终止密码子之外，其他基因均使用TAA作为终止密码子。在真江蓠线粒体基因组中，TGA密码子翻译为色氨酸（W），其他与标准遗传密码相同。江蓠科（Gracilariaceae）物种的线粒体基因的变异率在15%~55%之间，大多在20%左右。两株真江蓠（Gracilaria vermiculophylla）的线粒体基因相当保守，有11个基因完全保守，而nad3基因在属内的变异率最高，为6.01%。无论是在红藻门（Rhodophyta）还是在江蓠科（Gracilariaceae）范围内，最保守的基因是cox1，而变异率最高的是sdhC。而且所有基因属内变异率均小于科内变异率，小于红藻门内的变异率。secY基因与rps12基因之间存在25bp的重叠区，该现象在藻类中首次发现。在Gracilariopsis lemaneiformis和Gracilaria vermiculophylla中特有的trn-His基因，在其线粒体基因组中所处的位置不同：Gracilariopsislemaneiformis中的trn-His基因位于trn-Leu基因和cob基因之间，而在Gracilariavermiculophylla中则处于sdhB和trn-Gly基因之间。基于红藻门内19个共有基因氨基酸序列以及基于57个藻类物种的18个共有基因氨基酸序列构建的贝叶斯系统发生树显示出了良好的一致性，基于线粒体基因组构建的系统发育树能够真实的反映出物种的进化历程。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
1 文献综述  12-44
  1.1 红藻概述  12-16
    1.1.1 江蓠科海藻简介  13-14
    1.1.2 真江蓠简介  14-16
  1.2 线粒体  16-35
    1.2.1 线粒体起源  16-17
    1.2.2 线粒体基因组  17-19
    1.2.3 藻类线粒体基因组研究现状  19-20
    1.2.4 绿藻门线粒体基因组  20-21
    1.2.5 灰藻门线粒体基因组  21
    1.2.6 红藻门线粒体基因组  21-22
    1.2.7 棕色藻门线粒体基因组  22-23
    1.2.8 粘孢子门线粒体基因组  23
    1.2.9 丝足虫门线粒体基因组  23
    1.2.10 隐藻门线粒体基因组  23-24
    1.2.11 定鞭藻门线粒体基因组  24-35
  1.3 分子系统发生学研究手段  35-38
    1.3.1 最大似然估计法（ML 法）  36
    1.3.2 简约法（MP 法）  36-37
    1.3.3 邻接法（NJ 法）  37
    1.3.4 贝叶斯法（BI 法）  37-38
  1.4 囊泡藻界假说  38-44
    1.4.1 囊泡藻界类群  39-41
    1.4.2 目前的囊泡藻界假说体系  41-44
2 江蓠线粒体基因组研究  44-81
  2.1 实验材料  44
  2.2 主要实验仪器与试剂  44-46
  2.3 实验方法  46-51
    2.3.1 真江蓠总 DNA 的提取及检测  46-47
    2.3.2 真江蓠线粒体基因组引物设计  47
    2.3.3 PCR 扩增及琼脂糖检测  47-48
    2.3.4 PCR 产物序列测定  48
    2.3.5 序列克隆测序  48-49
    2.3.6 序列结果分析  49
    2.3.7 线粒体全基因组的功能注释及结构特征分析  49-50
    2.3.8 系统进化分析  50-51
  2.4 结果与分析  51-81
    2.4.1 DNA 提取检测结果  51
    2.4.2 线粒体基因组引物设计  51-52
    2.4.3 PCR 扩增结果检测  52
    2.4.4 线粒体基因组功能注释  52-60
    2.4.5 线粒体基因组结构分析  60-74
    2.4.6 真江蓠线粒体基因组比较  74-75
    2.4.7 重叠基因及转录终止区发卡结构  75-76
    2.4.8 系统进化分析  76-81
3 讨论  81-86
  3.1 江蓠属线粒体基因组特点  81-83
  3.2 线粒体基因组中的重叠基因现象  83-84
  3.3 线粒体基因组的构型  84-85
  3.4 线粒体的进化  85-86
4 小结  86-87
参考文献  87-99
附录  99-117
致谢  117-118
个人简历  118
发表的学术论文  118-119

真江蓠（Gracilaria vermiculophylla）线粒体全基因组扩增及系统进化分析

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