【摘要】：線粒體DNA由于具有母系遺傳、進化速率快和較少發(fā)生基因重組的特點,被作為進化的分子標記,并被廣泛的應(yīng)用于分子進化、系統(tǒng)發(fā)育、群體遺傳學(xué)、比較和進化基因組學(xué)等研究。鱗翅目昆蟲種類眾多,總數(shù)有超過14000種之多,但是目前只有約700種完整的或不完整的線粒體基因組能從GenBank上獲得。為了豐富鱗翅目昆蟲線粒體基因組數(shù)據(jù),進一步深入開展鱗翅目昆蟲線粒體基因組的結(jié)構(gòu)與進化特征的研究,本論文選取三種不同科屬的鱗翅目昆蟲柳二尾舟蛾(Cerura menciana)、甘薯天蛾(Agrius convolvuli)和臭椿皮蛾(Eligma narcissus),擴增并測定了其線粒體基因組全序列,并對編碼基因進行了注釋,再結(jié)合GenBank中其他己測序的鱗翅目昆蟲的線粒體基因組數(shù)據(jù),從線粒體基因組序列長度、四種堿基的含量、線粒體蛋白質(zhì)編碼基因、tRNA基因、密碼子使用偏好性以及控制區(qū)等六個方面對鱗翅目昆蟲的線粒體基因組進行了較為詳細的比較及分析。并基于鱗翅目的全線粒體基因組數(shù)據(jù)對鱗翅目部分類群的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進行了重建。本研究結(jié)果主要包括以下七個方面:1.三種鱗翅目昆蟲分別為柳二尾舟蛾、甘薯天蛾和臭椿皮蛾。線粒體基因組全序列總長度分別為15,369,15,349和15,376 bp。各個線粒體基因組都由37個基因構(gòu)成,包含有13個蛋白質(zhì)編碼基因,22個tRNA基因和2個rRNA基因,還有1個A+T富集區(qū)構(gòu)成。2.通過對三種鱗翅目昆蟲線粒體基因組堿基組成進行比較,發(fā)現(xiàn)AT含量明顯高于GC含量,且GC偏斜均為負值。其中柳二尾舟蛾AT含量為80.06%,甘薯天蛾AT含量為81.49%,臭椿皮蛾AT含量為80.99%。3.本研究中三種鱗翅目昆蟲線粒體基因組的蛋白編碼基因除cox1的起始密碼子CAG以外,其他12個蛋白編碼基因都使用了ATN作為起始密碼子。此外,大多數(shù)蛋白編碼基因以TAA、TAG作為終止密碼子,少數(shù)以不完整的T作為終止密碼子。4.三種鱗翅目昆蟲線粒體基因組22個tRNA基因的大小與其他鱗翅目昆蟲較為相同,都介于64-73 bp之間。此外,柳二尾舟蛾和甘薯天蛾中除trns1(AGN)外,其余21個tRNA二級結(jié)構(gòu)為典型的三葉草結(jié)構(gòu)。但在臭椿皮蛾中,22個tRNA的二級結(jié)構(gòu)均為典型的三葉草型。5.三種鱗翅目昆蟲線粒體基因組中蛋白編碼基因密碼子的使用和氨基酸使用都具有一定的偏好性,G和C含量較高的密碼子都較多的被舍棄,氨基酸中天冬酰胺(Asn)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu2)和苯丙氨酸(Phe)的使用頻率最高。半胱氨酸(Cys)的使用頻率最低。6.三種鱗翅目昆蟲線粒體基因組的A+T富集區(qū)均位于rrnS和trnM之間,長度和A+T含量分別為:柳二尾舟蛾為372 bp和94.35%,甘薯天蛾為331 bp和93.35%,臭椿皮蛾為434 bp和96.54%。相對于tRNA,PCG和rRNA,A+T富集區(qū)中所含AT的含量最高。7.基于線粒體基因組13個蛋白質(zhì)編碼基因的核苷酸序列重新構(gòu)建了鱗翅目昆蟲系統(tǒng)發(fā)育進化樹。采用ML(Maximum Likelihood method)分析方法建樹,所得結(jié)果都顯示,夜蛾總科,蠶蛾總科和麥蛾總科關(guān)系較近。這與前人的研究有所不同。因此,對鱗翅目系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的精準分析需要進行更多樣本的線粒體基因組的測序。本研究首次對鱗翅目三種昆蟲柳二尾舟蛾、甘薯天蛾和臭椿皮蛾線粒體基因組進行了測定、注釋和分析,豐富了鱗翅目昆蟲線粒體基因組數(shù)據(jù)庫。為以后的研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:Mitochondrial DNA (mtDNA) is a molecular marker of evolution because of its maternal inheritance, rapid evolution and less recombination. It has been widely used in molecular evolution, phylogeny, population genetics, comparative and evolutionary genomics. About 700 complete or incomplete mitochondrial genomes can be obtained from GenBank. In order to enrich the mitochondrial genomic data of Lepidoptera insects and further study the mitochondrial genome structure and evolutionary characteristics of Lepidoptera insects, three different families and genera of Lepidoptera, Cerura menciana, were selected in this paper. The mitochondrial genome of Agrius convolvuli and Eligma Narcissus was amplified and sequenced, and the coding genes were annotated. The mitochondrial genome data of other Lepidopteran insects in GenBank were combined with the mitochondrial genome data, including the length of the mitochondrial genome sequence, the content of four bases, and the mitochondrial proteins. The mitochondrial genomes of Lepidoptera insects were compared and analyzed in detail from six aspects: plasmid coding gene, tRNA gene, codon usage preference and control region. The phylogenetic relationships of some Lepidoptera groups were reconstructed based on the whole mitochondrial genome data of Lepidoptera. The total length of mitochondrial genome was 15,369,15,349 and 15,376 bp, respectively. Each mitochondrial genome consisted of 37 genes, including 13 protein coding genes, 22 tRNA genes and 2 rRNA genes, and one A+T enrichment. By comparing the mitochondrial genomic base composition of three Lepidoptera insects, it was found that AT content was significantly higher than GC content, and GC skewness was negative. Among them, AT content was 80.06%, AT content of Sweet Potato Spodoptera was 81.49%, and AT content of Helicoverpa altissima was 80.99%. Apart from the cox1 initiation codon CAG, the other 12 protein-coding genes use ATN as the initiation codon. In addition, most protein-coding genes use TAA and TAG as the termination codon, and a few use incomplete T as the termination codon. 4. The size and size of 22 tRNA genes in the mitochondrial genome of three Lepidopteran insects In addition, except for trns1 (AGN), the other 21 tRNA secondary structures were typical clover structures. However, the secondary structures of 22 tRNA in the mitochondrial genomes of the three Lepidoptera species were typical clover type. 5. Both codon usage and amino acid usage of codon genes were preferred. Codons with higher G and C contents were abandoned more frequently. Amino acids used asparagine (Asn), isoleucine (Ile), leucine (Leu 2) and phenylalanine (Phe) were the most frequently. Cys was the least frequently used in mitochondria of three Lepidopteran insects. The A+T enrichment regions of the body genome were located between rrnS and trnM, and the length and A+T content were 372 BP and 94.35%, 331 BP and 93.35% and 434 BP and 96.54% respectively. Compared with tRNA, PCG and rRNA, the A+T enrichment regions contained the highest AT content. The phylogenetic tree of Lepidoptera was reconstructed by nucleotide sequence analysis. ML (Maximum Likelihood method) method was used to analyze the phylogenetic tree of Lepidoptera. The results showed that the phylogenetic relationships among noctuidae, silkworm moth and wheat moth were close. This was different from previous studies. In this study, the mitochondrial genomes of three Lepidopteran insects, Sagittaria willow, Sweet potato moth and Ailanthus altissima, were determined, annotated and analyzed for the first time, which enriched the mitochondrial genome database of Lepidoptera insects and provided a theoretical basis for future research.
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q963

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本文編號：2204743