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黑尾地鸦和银脸长尾山雀线粒体基因组序列测定与系统发育分析

作　者: 柯杨
导　师: 黄原
学　校: 陕西师范大学
专　业: 遗传学
关键词: 黑尾地鸦银脸长尾山雀线粒体基因组雀形目系统发育
分类号: Q951
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 78次
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内容摘要

动物线粒体基因组具有易于获取、长度及基因组成相对稳定、进化速率快、母系遗传等特点,已被广泛用于谱系地理、各种分类阶元间系统发育关系和群体遗传学等领域的研究。截至2010年2月,NCBI中已收录的鸟类全线粒体基因组序列共110条。雀形目作为鸟纲中最大的目,目前只有11种鸟类的全线粒体基因组序列被测定。雀形目种类多、数量大、形态多样、行为复杂,有关该类群的起源及各科演化关系存在着不少争议,一直是鸟类系统学研究热点。线粒体基因组中的基因,已越来越多被应用于探讨雀形目的系统发育关系,但基因对比研究的证据表明,应用不同的基因,系统发生关系的结果不一致。单一基因的分析可能对真实的物种进化关系作出错误的推论。为了进一步研究雀形目鸟类线粒体基因组的组织结构及序列特征,为雀形目鸟类进化研究提供新的基因组学信息,本研究采用长PCR扩增的线粒体DNA和引物步移法,测定了黑尾地鸦和银脸长尾山雀的线粒体基因组。并参照红原鸡、秃鼻乌鸦和黑顶林莺等线粒体基因组注释信息,对拼接之后的2条线粒体基因组全序列进行了注释和结构分析。同时,本研究联合GenBank已公开的数据和本实验室测定的其它物种的线粒体基因组数据,对雀形目系统发育关系进行了重建。获得的主要结果如下：1.黑尾地鸦和银脸长尾山雀的线粒体基因组全长分别为16,867 bp和17,953 bp,编码13个蛋白质编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因和1个控制区(D-Loop区)。这两种鸟类线粒体基因组在结构上的主要区别有2点：银脸长尾山雀多了一个假控制区；黑尾地鸦线粒体基因组全部37个编码基因的相对位置及转录方向均与典型的鸟类线粒体基因组一致,而银脸长尾山雀线粒体基因组全部37个编码基因的相对位置及转录方向均与黑顶林莺线粒体基因组一致,在ND5至12S rRNA之间的基因排列顺序为Cyt b/tRNAThr/CR/tRNAPro/ND6/tRNAGlu/ΨCR。2.COI基因在黑尾地鸦和银脸长尾山雀中分别以GTG和ATG作为起始密码子。其它12个蛋白编码基因均以ATG作为起始密码子。大部分蛋白编码基因以TAA、AGG或AGA作为终止密码子,只有COⅢ, ND4基因均以T作为终止密码子。3.黑尾地鸦除tRNASer(AGY)的DHU臂缺失,tRNALeu(CUN)的反密码子环由9个碱基构成,而不是标准的7个碱基外,其余20个tRNA基因都具有标准的三叶草结构。银脸长尾山雀除tRNASer(AGY)的DHU臂缺失,其余21个tRNA基因都具有标准的三叶草结构。黑尾地鸦和银脸长尾山雀的tRNA二级结构中,均存在碱基错配现象,其中绝大部分错配为G-U错配。4.黑尾地鸦和银脸长尾山雀线粒体基因组12S rRNA和16S rRNA二级结构进行了预测。两个物种的12S rRNA二级结构均包含4个结构域,43个茎环结构。16S rRNA二级结构均包含6个结构域,55个茎环结构。5.黑尾地鸦和银脸长尾山雀同其它鸟类一样,控制区中存在F-box、D-box、C-box、B-box、Bird similarity-box和CSB1-box。控制区未发现H链复制起始序列(OH)和双向复制起点(LSP/HSP),推测其可能通过形成与其它物种相似的空间结构来行使同样的功能。6.利用线粒体基因组的3个蛋白编码基因(ND2, ND4, ND5)、rRNA基因(12S rRNA和16S rRNA)和21个tRNA基因(除tRNASer(AGY))对16种雀形目鸟类采用加权或等权的MP法、ML法和贝叶斯法构建系统发育树。3种方法均很好的支持传统形态分类和分子分类系统将雀形目划分为鸣禽和亚鸣禽两个大类群的结果。但3种方法系统发育分析的结果表明,琴鸟属于鸣禽,而不是传统分类的亚鸣禽。不支持鸦小目的单系性,支持将地山雀归于山雀科下,银脸长尾山雀单列成科。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一部分前言  10-22
  1 线粒体概述  10-11
  2 线粒体基因组特点  11-13
    2.1 线粒体基因组序列结构特点  11
    2.2 线粒体基因组的进化特征  11-12
    2.3 线粒体基因组的遗传特征  12-13
  3 线粒体基因组不同组分  13-15
    3.1 蛋白编码基因  13
    3.2 rRNA基因  13-14
    3.3 tRNA基因  14
    3.4 控制区  14-15
  4 鸟纲全线粒体基因组测序现状  15
  5 雀形目研究概述  15-19
    5.1 雀形目鸟类形态和生态特征  15-16
    5.2 雀形目高级阶元分类概况  16
    5.3 雀形目分子系统学研究概况  16-19
  6 研究物种、目的及意义  19-22
    6.1 黑尾地鸦生物学研究概述  19-20
    6.2 银脸长尾山雀生物学研究概述  20
    6.3 研究目的与意义  20-22
第二部分实验材料与方法  22-34
  1 实验材料  22-24
    1.1 实验标本的采集、保存与鉴定  22
    1.2 实验仪器及试剂  22-24
  2 实验方法  24-30
    2.1 总DNA提取与检测  24-25
    2.2 PCR引物设计  25-27
    2.3 线粒体基因组PCR扩增、分离纯化及测序  27-30
  3 数据处理和分析  30
    3.1 测序数据组装和处理  30
    3.2 线粒体基因组注释及序列分析  30
  4 系统发育分析  30-34
    4.1 序列分析资料准备  30-31
    4.2 序列比对  31-32
    4.3 序列组成分析  32
    4.4 系统发育信号检验  32-33
    4.5 建树方法  33-34
第三部分实验结果与分析  34-56
  1 总DNA的提取  34
  2 PCR扩增  34-35
    2.1 L-PCR扩增  34-35
    2.2 Sub-PCR扩增  35
    2.3 Sub-PCR扩增片段测序  35
  3 获得线粒体基因组全序列  35-36
  4 黑尾地鸦线粒体基因组  36-45
    4.1 黑尾地鸦线粒体基因组的基本组成特征  36-39
    4.2 蛋白质编码基因及其密码子的使用  39-40
    4.3 tRNA基因及其二级结构的预测  40
    4.4 rRNA基因及其二级结构的预测  40-44
    4.5 控制区  44-45
  5 银脸长尾山雀线粒体基因组  45-52
    5.1 银脸长尾山雀线粒体基因组的基本组成特征  45-47
    5.2 蛋白质编码基因及其密码子的使用  47-48
    5.3 tRNA基因及其二级结构的预测  48
    5.4 rRNA基因及其二级结构的预测  48-52
    5.5 控制区  52
  6 分析与讨论  52-56
    6.1 鸟类线粒体基因排列方式  52-53
    6.2 鸟类起始、终止密码子分析  53-54
    6.3 rRNA二级结构比较  54-55
    6.4 控制区  55-56
第四部分雀形目系统发育关系分析  56-68
  1 数据集系统发育信号的分析  56-58
    1.1 数据集序列组成分析  56
    1.2 碱基替换饱和性分析  56-57
    1.3 g1检验及PTP检验  57-58
  2 系统发育关系构建  58-66
    2.1 最大简约法建树  58-61
    2.2 最大似然法建树  61-64
    2.3 贝叶斯法建树  64-66
  3 系统发育关系的分析与讨论  66-68
总结  68-70
参考文献  70-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间的研究成果  80-81

黑尾地鸦和银脸长尾山雀线粒体基因组序列测定与系统发育分析

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