黄带拟鲹线粒体基因组测序及鲹科鱼类系统发育分析

摘要: 为深入开展黄带拟鲹种质鉴定、分类及遗传进化等研究,通过二代高通量测序与生物信息学分析,揭示了黄带拟鲹(Pseudocaranx dentex)线粒体基因组全序列基因结构及鲹科鱼类系统发育特征。结果显示,黄带拟鰺线粒体基因组为典型的环状DNA结构,序列全长为16 570 bp,碱基组成分别为A(27.2 %)、G(17.18%)、C(30.24%)和T(25.38%),包括13种蛋白编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因,除ND6、tRNAGln、tRNAAla、tRNAAsn、tRNACys、tRNATyr、tRNASer、tRNAGlu、tRNAPro外,其余基因均在H链上编码,且基因组存在多处重叠区域。除CO Ⅰ和ND5的起始密码子分别为ATC和ATA外,其余11个蛋白编码基因的起始密码子均为ATG,以典型的TAA和TAG为终止密码子,在Cyt b中存在不完全终止密码子T;黄带拟鲹线粒体基因组全序列与蛋白编码基因的A+T含量分别为52.58%和51.55%,非编码控制区(D-loop)A+T富含61.69%,具有明显的AT偏好性。除tRNASer-(GCT)外,其余21个tRNA均含典型三叶草二级结构。为进一步研究黄带拟鲹系统进化特性,通过与18种鲹科鱼类线粒体基因组全序列及16S rRNA基因构建系统进化树显示,黄带拟鲹与高体若鲹同属一个分支,亲缘关系最近。结果可为黄带拟鲹物种鉴别、遗传多样性评价与保护提供技术依据。     

基于16S rRNA部分序列探讨12种鲹科鱼类的分子系统进化关系

鲹科鱼类在传统形态分类与分子遗传水平构建的系统分类存在争议,本文通过PCR扩增获得了鲹科（Carangidae）8属9种的线粒体16S rRNA基因片段序列约598bp碱基,结合来自GenBank的3种鲹科鱼类的相应片段序列,并以大斑石鲈Pomadasys maculates为外群,生成供系统发育分析的序列矩阵,利用MEGA version 3.0软件分析序列的碱基组成、差异百分比和转换/颠换值等,应用最大简约法和邻接法构建系统树。结果显示：（1）支持鲹科下设四个亚科（鲹亚科,鰤亚科,鲳鲹亚科,鰆鲹亚科）阶元的分类系统;（2）所测种类鲹亚科鲹属下不宜设亚属分类阶元;（3）及达副叶鲹与丽叶鲹亲缘关系近,16S rRNA基因片段序列碱基只有1.07%的差异,未达到分属水平,应同属于副叶鲹属的两个不同种,并建议丽叶鲹的中文名用“丽副叶鲹”。     

鲹科鱼类DNA条形码分类系统

为了验证 DNA 条形码在鲹科(Carangidae)鱼类物种鉴定和系统分类中的适用性, 本研究自测 6 属 7 种 17 条序列, 同时筛选了 BOLD 数据库中的有效序列, 共获得 25 属 95 种 273 条鲹科鱼类 DNA 条形码序列, 通过 BLAST 比对、遗传距离和系统关系树, 构建了鲹科鱼类的 DNA 条形码分类系统。结果表明: (1)鲹科鱼类属间、种间、属内种间和种内三级分类单元遗传距离的平均水平分别为 0.186、0.169、0.090 和 0.008, 种间平均遗传距离是种内平均遗传距离的 21 倍, 可见 DNA 条形码适用于鲹科鱼类分类鉴定; (2)运用 DNA 条形码技术可以识别出形态鉴定有误的物种, 表明 DNA 条形码可以弥补传统形态学鉴定的局限性, 可对鲹科鱼类形态学分类结果进行精准修正; (3)鲹科鱼类 DNA 条形码分析表明, BOLD 数据库中仍存在一定的“同种异名”和“异种同名”现象, 建议使用该数据库信息时应严格评估信息的准确性; (4)鲹科鱼类系统发生关系研究对物种的分类地位提出了新的见解, 即拟鲳鲹 (Parona signata)和镰鳍波线鲹(Lichia amia)亲缘关系较近, 支持将二者均归为鲳鲹亚科(Trachinotinae)。本研究旨在为丰富鲹科鱼类 DNA 条形码数据, 完善鲹科 DNA 条形码分类系统, 并为鲹科鱼类物种鉴定和系统分类提供分子证据。     

鳀科鱼类线粒体全基因组序列结构特征及系统发育信息分析

为了解鳀科鱼类的线粒体全基因组序列结构特征及系统发育信息,以期为进化遗传学研究和分子标记的选取提供参考依据,对已知的10种鳀科鱼类的线粒体全基因组进行分析。结果显示:1)鳀科线粒体基因组全序列长度在16 660 bp到17 069 bp之间,基因组的结构和基因排列顺序与其它硬骨鱼类一致。2)比对后获得一致序列长度为15 704 bp(不含D-loop),其中变异位点5 570个,占所有位点数的35.5%。在编码基因中,序列变异程度和Kimura双参数遗传距离最大的是ND6基因(分别是47.5%和0.276),最小的是tRNA拼接序列(分别为18.7%和0.072)。3)基于Ka-Ks的Z检验和Tajima’s D检验表明蛋白质编码基因主要受到净化选择(即负选择,purifying selection)的作用;其中12个蛋白质编码基因(ND6除外)有强烈的净化选择(Ka/Ks<1),而ND6基因受正选择(positive selection)影响较大(Ka/Ks>1)。4)ND4、ND2和Cytb是进行鳀科鱼类系统发育分析的较为理想的分子标记。     

南海外海鲹科鱼类资源量及其分布

为查明南海外海鲹科鱼类的资源量及其分布, 利用科学探鱼仪(Simrad EY60) 并结合灯光罩网采样方法,2012 年秋季和2013 年春季对南海中南部( 6N～17N) 及2015 年春季和秋季对南海北部外海(17N～22N) 鲹科鱼类资源进行了调查与评估。在确定该方法的有效性基础上, 调查结果显示, 2012 年秋季和2013 年春季南海中南部鲹科鱼类资源量分别是4.13105 t 和3.49 105 t, 两季调查中鲹科鱼类分布的高值区均是15N断面; 2015年春季南海北部外海鲹科鱼类资源量是2.03105 t, 高值区位于18.50N～19.50N、113.00E ～116.00E 海域, 而2015 年秋季该海域其资源量仅0.59 105 t。研究表明, 南海外海鲹科鱼类种类组成存在明显季节变化;细鳞圆鲹( Decapterus macarellus) 和长体圆鲹( D.macrosoma) 是最重要的经济鲹科种类; 2012 年秋季中南部鲹科鱼类资源量密度明显高于2015 年秋季北部外海( P0.01, t检验) , 但与2013 年春季中南部无显著差异( P0.05,t 检验); 2015 年春季北部外海鲹科鱼类资源量密度与2013 年春季中南部无显著差异( P0.05, t 检验) , 但明显大于2015 年秋季(P0.01, t 检验) 。     

长臂虾科线粒体基因组结构与系统进化分析

综合分析了长臂虾科(Palaemonidae) 14个物种线粒体基因组的全序列,发现长臂虾科线粒体基因组的长度为15396～15967 bp,A+T含量为58.97％～69.09％;长臂虾科内不同属线粒体基因组的基因排列各不相同,与十足目(Decapoda)线粒体基因组的原始排列相比,除沼虾属(Macrobrachiu...     

基于线粒体 Cyt b 和 ITS1 部分序列分析鲭科鱼类分子系统进化关系

鲭科(Scombridae)由15属51种表层洄游性海洋鱼类组成,广泛分布于热带和亚热带海域,是重要的经济鱼类。目前关于鲭科鱼类系统发生学的研究主要基于形态学特征。为了从分子水平上阐明鲭科鱼类的分类与系统进化关系,本研究扩增了鲭科7种鱼类的线粒体细胞色素b(Cyt b)基因1个含311个碱基的序列区和转录间隔区1(ITS1)的1个含644～692个碱基的序列区。采用多个生物软件对序列碱基组成进行分析,计算了Kimura-2parameter遗传距离、转换/颠换比等遗传信息指数。Cyt b和ITS1序列4种碱基平均含量分别是:A为22.8%、G为16.4%、C为31.2%、T为29.5%和A为13.5%、G为31.3%、C为38.7%、T为16.5%。基于Cyt b计算的鲭科鱼类种间遗传距离为0.0065～0.3335,平均遗传距离为0.1689;基于ITS1计算的金枪鱼族鱼类种间遗传距离为0.0032～0.2668,平均遗传距离为0.2025。Cyt b和ITS1序列的转换/颠换比分别为1.8和0.9。以竹荚鱼(Trachurus trachurus)和花鲈(Lateolabrax japonicus)为外群,并结合GenBank上鲭科24种鱼类的同源序列,构建NJ、ML和ME系统树。研究结果确认了金枪鱼属处于系统进化树的顶端,代表着最新演化的种类,是鲭科中最繁盛的一属,也是目前系统发育的高峰。所有分子系统树都表明鲣属、鲔属和舵鲣属显示与金枪鱼属很近的亲缘关系,它们均归入金枪鱼族。然而,研究结果与形态学上将金枪鱼属分为2个亚属的分类结果存在分歧。同时,本研究关于狐鲣属、平鲣属、刺鲅属和双线鲅属进化地位上的结果也不同于形态学的结果。故鲭科鱼类客观、科学的分类地位还需通过形态学、生态学和分子生物学的深入研究加以确认。     

基于线粒体细胞色素b基因片段序列变异探讨3种鲳属鱼类系统进化

对鲳属3种鱼类共19个个体的细胞色素b（Cytb）基因进行PCR扩增,经比对校正得到1123bp的基因片段,共检测到141个变异位点,总变异为12.56%,5个简约信息位点,未出现插入和（或）缺失,序列中转换（Transition）明显多于颠换（Transversion）。鲳属3种鱼类19个序列共检测到11种单倍型,其T、C、A和G平均含量分别为29.1%、30.5%、27.4%和13.0%。（A＋T）%为56.5%,大于（G＋C）43.5%。结合来自GenBank中的鲳科的中间低鳍鲳Peprilus medius和星斑真鲳Stromateus stellatus的相应同源序列,并以长鲳科的刺鲳Psenopsis anomala作为外群,构建系统进化树。结果显示,翎鲳和中国鲳亲缘关系较近,二者与银鲳亲缘关系较远,同为鲳科的鱼类聚类后再与作为外群的刺鲳相聚。系统进化树显示,银鲳为3种鲳属鱼类中较早分化出的种,刺鲳位于进化树的基部,是较鲳属鱼类更为原始的类群,与形态分析结果一致。     

头足纲线粒体基因组结构分析

用生物信息学方法,利用GenBank线粒体基因组全序列信息,对头足纲15个物种基因组结构进行了分析,结果显示头足纲线粒体基因组长度为15 617～20 306 bp,基因组编码链的A+T含量为59.58％～78.12％,表现出不同程度的AT偏好性;15个物种的线粒体基因组PCGs相对保守,有2个共同的基因块,可作为头足类的线粒体基因组标志;萤乌贼、鸢乌贼、茎柔鱼、太平洋褶柔鱼、大王乌贼PCGs cox1、cox2、cox3、atp6、atp8为双拷贝,且重复基因的变异很小,这是头足纲物种不同于其他物种的显著特征;多数PCGs以ATG为起始密码,以TAA为终止密码,在cox2、cob、nad2-nad6中存在不完全终止密码;在13个PCGs中,nad2和nad4L的差异最大,atp8和cox1最保守;15个种类的遗传距离为0.033～0.561,大脐鹦鹉贝与其他种类的遗传距离最大(0.529～0.561);基于线粒体基因组编码蛋白质氨基酸序列的系统发育分析结果与形态学分类结果一致.     

短尾派线粒体基因组特征及基因差异位点分析

分析了短尾派14个物种线粒体基因组全序列,初步揭示了短尾派线粒体基因组的基本特征。短尾派线粒体基因组的基因排列与泛甲壳动物线粒体基因组相比,发生了大规模的基因重排;然而,trnH基因的易位是短尾派14个物种所共有的,从而可以视作短尾派线粒体基因组的一个共同衍征。绒螯蟹属和青蟹属所有13个线粒体蛋白质编码基因的Ka/Ks比值均远远低于1,显示出很强的纯化(负)选择。从线粒体基因组13个蛋白质编码基因和2个核糖体RNA基因的差异位点分析可以看出,在短尾派和青蟹属群体遗传学的研究中,nad5、nad4和nad2基因可以作为coxl基因辅助的分子标记;而在绒螯蟹属群体遗传学的研究中,nad5和nad4基因可以作为coxl基因辅助的分子标记。     

对虾科线粒体基因组特征及基因差异位点分析

通过长PCR扩增获得凡纳滨对虾和中国明对虾的线粒体DNA,进而采用步移测序、序列拼接获得2个对虾类线粒体基因组的全序列.结合斑节对虾、日本囊对虾、细角滨对虾和加州美对虾的线粒体基因组,初步揭示了对虾科线粒体基因组的基本特征.6个对虾类线粒体基因组的基因排列与泛甲壳动物线粒体基因组的原始排列完全一致.对虾类线粒体基因组所有的主编码基因中,变异程度最高的是nad2和nad6基因.因此,nad2和nad6基因可以作为coxl基因辅助的分子标记,为对虾类生物多样性的保护及对虾类生物资源合理、高效利用等诸多方面提供参考.     

长臂虾科线粒体基因组特征分析及分子标记探讨

通过常规PCR和长PCR扩增获得脊尾白虾的线粒体DNA,采用鸟枪法测序、序列组装获得脊尾白虾的线粒体基因组全序列.结合罗氏沼虾和沼虾的线粒体基因组,分析了长臂虾线粒体基因组的基本特征、基因排列、蛋白质编码基因和基因变异程度等.与泛甲壳动物线粒体基因组的原始排列相比,2个沼虾的线粒体基因组的基因排列完全一致;而脊尾白虾线粒体基因组却存在2个tRNA基因的易位.长臂虾科线粒体基因组主编码基因的变异特征分析揭示了coxl基因多态位点的比例最低,仅为25.5%;而3个基因(nad2、nad4和nad5)不仅多态位点的比例较高,而且基因的长度较长,从而拥有最丰富的多态位点.因此,nad2、nad4和nad5基因可以作为分子标记,用于分析长臂虾不同群体之间的遗传多样性,为长臂虾生物多样性的保护及合理利用其生物资源提供更多保障.     

斑海豹线粒体基因组序列分析及比较研究

本研究采用LA-PCR扩增和引物步移相结合的方法对我国辽东湾斑海豹的线粒体基因组全序列进行了测定,并完成了基因组成和系统发生学分析。辽东湾斑海豹线粒体基因组长为16 754bp,其基因构成与其他海洋哺乳动物基本一致,包括37个基因(2个rRNA基因、22个tRNA基因和13个蛋白质编码基因)和1个控制区。在其37个基因中,ND6、tRNAAla、tRNAAsn、tRNACys、tRNATyr、tRNASer(UCN)、tRNAGlu、tRNAPro位于L链上,其余均位于H链上。对我国辽东湾、韩国和美国阿拉斯加斑海豹线粒体基因组进行了比较分析,结果显示,三者线粒体基因组长度略有不同,差异主要体现在以重复片段形式存在的控制区序列中。值得注意的是,在编码区中,3个目标群体的线粒体ND5基因核苷酸差异最为显著,共检测到了18个突变位点,造成4处氨基酸序列变异。斑海豹线粒体基因组蛋白编码基因的变异分析及海豹科系统进化分析结果显示,我国辽东湾和韩国斑海豹的序列同源性显著高于美国阿拉斯加斑海豹,说明辽东湾和韩国斑海豹很可能来自同一个种群。     

16种环节动物线粒体基因排列、特征比较及系统发育分析

为深入开展环节动物的分类及遗传进化等研究,比较分析了已登录到GenBank中16种环节动物全基因组的结构特征。结果发现,16种环节动物线粒体全基因组序列中A+T的含量均超54.3%,碱基G存在低含量的偏向,第三位密码子G含量2.6%~12.7%。基因组的基因组成及排列模式具有一定的保守型,存在5个保守基因联块蔟,线粒体基因组排列顺序在研究环节动物系统发育关系方面起着重要的作用。计算13个编码基因和2个rRNA的基因平均遗传距离,cox1(0.34)相对最保守,atp8(0.8)相对最不保守。大多数环节动物线粒体控制区存在茎环结构。基于13个编码基因氨基酸序列通过3种方法可构建稳健的系统发育树,蛭纲和寡毛纲聚为一进化分枝,构成有环类单系群,螠虫纲、星虫纲和多毛纲聚为一进化分枝,形成单系群。5个纲间的聚类结果与之前的基于线粒体基因和其他分子标记研究研究结果有所不同。多毛纲呈单系发生,被分为两个主要类群,头节动物中的锥头虫科和缩头虫科没有聚为单独的一进化分枝,而是分别聚类到触角动物下面的足刺动物和沟触角动物,多毛纲内部分类不同于现有的形态学分类结果。     

泥东风螺线粒体基因组及其遗传多样性分析

为研究泥东风螺线粒体基因组遗传进化和遗传多样性,采用PCR扩增和直接测序技术,对泥东风螺线粒体基因组全序列及3个野生群体线粒体基因测序,并用生物软件进行分析。研究结果表明,泥东风螺线粒体基因组上的tRNA-Met、tRNA-Tyr、tRNA-Cys、tRNA-Trp、tRNA-GLn、tRNA-Gly、tRNA-Glu和tRNA-Thr位于环形线粒体L链上;18种腹足纲动物线粒体全长基因相似性为70.1%～92.9%,种间的12SRNA和16SRNA相似性与线粒体基因组全长相似性相当;12SRNA的391～491bp区域和16SRNA的1～106bp和361～481bp区域为高度变异区,而16SRNA的1191～1317bp区域为高度保守区;以F5引物扩增测序3个野生群体,共检测到由40个多态位点组成的26个单倍型,野生群体单倍型多样性为(0.406±0.112)～(0.532±0.113),野生群体核苷酸多样性为(0.00094±0.00124)～(0.00111±0.00123);北海野生群体与连江和长乐野生群体之间的遗距离分别为0.00094和0.00099。其结果可以为泥东风螺遗传进化、人工增殖和种质资源保护评估提供参考。     

仿刺参线粒体全基因组序列结构及比较研究

利用已构建的仿刺参cDNA文库得到的线粒体DNA(mtDNA)相关基因序列设计扩增引物,测定了大连仿刺参线粒体基因组全序列,并对其进行了基因构成和进化分析。仿刺参线粒体基因组序列长16 109bp,其基因构成与其他后口动物基本一致,包括37个基因(2个rRNA基因、22个tRNA基因和13个蛋白质编码基因)和3个主要的非编码区。在其37个基因中,ND6、tRNASer(AGN)、tRNAGln、tRNAAla、tRNAVal、TrnaAsp位于L链上,其余均位于H链上。在13个蛋白质编码基因中,除ND1的起始密码子为GTG外,其余均以ATG作为起始密码子;除Cytb以"T"作为终止密码子外,其他蛋白质基因均具有完全的终止密码子,且在已知的棘皮动物线粒体蛋白质基因中,部分基因的起始和终止密码子表现出一定的纲内特异性。比较分析了大连、青岛、威海仿刺参线粒体基因组,三者的基因组成和排列相同,碱基组成相近,蛋白质编码基因的起始和终止密码子完全一致,但存在核苷酸和氨基酸序列的差异。三者的控制区序列存在多个插入/缺失和SNP位点。根据COI、Cytb和ND4计算了三者之间的遗传距离为0.006～0.018,遗传距离分析和系统进化关系分析都显示青岛仿刺参和威海仿刺参的关系较大连仿刺参更近。     

星虫动物线粒体基因组全序列的基因排列和特征比较

综合利用通用引物PCR和长PCR扩增,获得可口革囊星虫的线粒体DNA,结合鸟枪法和引物步移法获得可口革囊星虫的线粒体基因组。比较可口革囊星虫与方格星虫线粒体基因组,所有的37个基因均在同一条链上编码。2个星虫动物线粒体基因组蛋白质编码基因的起始、终止密码子及氨基酸长度存在差异。2个星虫动物的线粒体基因组,存在6个保守的基因区块:(1)nad6-cob-P-S2-C-M,(2)I-K-nad3-F,(3)nad4L-nad4-L2,(4)nad1-W-atp6,(5)nad5-S1及(6)nad2-cox1。去除转运RNA而仅比较蛋白质编码基因和核糖体RNA,则2个星虫动物线粒体基因组主编码基因的基因排列完全一致,均为:cox1-cox2-atp8-cox3-nad6-cob-srRNA-lrRNA-nad3-nad4L-nad4-nad1-atp6-nad5-nad2。星虫动物、环节动物和螠虫动物线粒体基因组共有5个保守区块:(1)cox1-cox2-atp8,(2)nad4L-nad4,(3)srRNA-lrRNA,(4)cox3-nad6-cob,(5)atp6-nad5。在15个主编码基因中,nad5基因和nad4基因变异位点数最多,因此可作为备选的分子标记,用于分析星虫动物不同物种和群体之间的生物多样性。     

基于线粒体 Cyt b 基因序列的洞庭湖河蚬遗传多样性分析

研究洞庭湖不同地理群体河蚬的遗传多样性和遗传结构,为其资源合理开发和有效保护提供参考。在6个样点共采集河蚬126只,以线粒体细胞色素b基因部分序列为分子标记,分析扩增与测序后基因序列的单倍型及多样性、核苷酸多样性,计算群体间遗传分化指数等。获得长531bp的序列片段,共检出5种单倍型,变异位点10个;平均单倍型多样性和核苷酸多样性分别为0.559和0.006。6个河蚬群体间的遗传距离为0.006~0.007;遗传分化指数和AMOVA分析显示,河蚬群体间遗传分化低,遗传变异主要来自群体个体内。最大似然法构建的系统进化树中,单倍型DTH1和DTH5聚为一支,DTH2、DTH3、DTH4聚为另一支。中性检验结果显示洞庭湖河蚬群体相对稳定,没有经历过瓶颈效应和突然的群体萎缩等历史事件。洞庭湖6个河蚬群体间不存在显著的遗传差异,可将其作为一个整体进行管理和保护。