六种储粮甲虫线粒体基因组测定及分析
线粒体DNA在鳞翅目昆虫系统学研究中的应用
线粒体DNA在鳞翅目昆虫系统学研究中的应用房守敏【摘要】线粒体DNA具有母性遗传与进化速率快等特点,已作为理想的分子标记广泛应用于昆虫的分类学、群体遗传学、系统发育和分子进化等研究.本文介绍了鳞翅目昆虫线粒体基因组的特征,对线粒体DNA应用于鳞翅目昆虫系统发生和分子进化等方面的研究进行了综述,并总结了线粒体基因或区段在鳞翅目昆虫不同分类阶元的适用性.【期刊名称】《蚕学通讯》【年(卷),期】2010(030)002【总页数】9页(P17-25)【关键词】鳞翅目;线粒体;系统发生;分子进化【作者】房守敏【作者单位】西华师范大学生命科学学院,四川南充,637002【正文语种】中文随着分子生物学的发展,DNA序列用于昆虫和其他动物系统发育和分子进化的研究越来越受到人们的重视。
除了一些快速进化的核基因如无翅(wingless,Wg)[1]和延伸因子1α(elongation factor 1-alpha,EF-1α)[2]等能用于分子系统学研究外,线粒体DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)由于其进化速率快而备受关注。
自Nass 等[3]于1962年发现mtDNA以来,近年来人们对其基因组结构和进化进行了深入细致的研究,发现线粒体基因组分子量小、拷贝数多、复合母系遗传、不发生重组、突变率高等特点。
动物和昆虫的线粒体基因往往比核基因的进化速率分别快5～10倍[3]和2～9倍[4]。
不同的线粒体基因有不同的进化速率,通常进化速率最大的是控制区;蛋白编码基因中的细胞色素氧化酶I(cytochrome oxidase I,COI)、COII 和NADH脱氢酶亚基5(NADH dehydrogenase subunit 5,ND5)次之;核糖体RNA(ribosomal RNA,rRNA)的大小亚基(12S和16S)较保守;进化速率最慢的是转运RNA(transfer RNA,tRNA)。
由于线粒体进化速率快和基因组相对较小等优点,mtDNA已被广泛用于系统发育、分子进化、昆虫分类学和群体遗传学等研究[5]。
昆虫线粒体基因组的结构和演化研究
昆虫线粒体基因组的结构和演化研究随着生物技术的不断发展，昆虫线粒体基因组的研究也日益引起了科学家们的关注。
线粒体是细胞内一个非常重要的细胞器，其主要功能是合成细胞所需的能量ATP。
线粒体基因组是由DNA组成的一个闭合圆环，昆虫线粒体基因组的结构和演化研究一直是科学界研究的热点之一。
昆虫线粒体基因组的结构昆虫线粒体基因组是一个圆形的双链DNA分子，大小约为16-20kb。
与细胞核的染色体相比，昆虫线粒体基因组比较小，但是其在昆虫的进化和适应性方面起着至关重要的作用。
昆虫线粒体基因组的结构比较保守，通常包含13个编码蛋白质的基因、22个tRNA基因和2个rRNA基因，其中有些基因横跨着整个线粒体基因组。
另外，在昆虫线粒体基因组中还存在着“非编码区”（non-coding region），该区域的长度和组成在不同昆虫物种之间差别很大，但是其在整个基因组的复制和转录中发挥着非常重要的作用。
昆虫线粒体基因组的演化在不同昆虫物种之间，线粒体基因组的组成和结构会存在一定的差异性，这种差异性主要表现在基因组的大小、基因数目和序列组成等方面。
研究表明，昆虫线粒体基因组的演化是一个比较复杂的过程，它不仅受到自然选择和遗传漂变的影响，还受到基因重组和基因转移等因素的影响。
在自然选择的作用下，一些昆虫物种会逐渐丧失不必要的基因，如维生素合成基因等。
而一些重要的基因则会得到保留和加强，以适应环境变化的需求。
此外，昆虫线粒体基因组中的tRNA基因和非编码区序列的演化速度比编码基因要快，这意味着在不同物种之间，这些区域的序列组成和长度可能会发生较大的变化。
昆虫线粒体基因组的研究意义昆虫线粒体基因组的研究对于昆虫的分类和系统发育研究具有重要的意义。
由于昆虫线粒体基因组的结构比较保守，因此可以通过对不同昆虫物种基因组的比较研究，了解它们之间的关系和进化历程。
此外，昆虫线粒体基因组的研究还有助于深入了解昆虫的适应性进化和遗传学特征，为昆虫的保护和利用提供科学依据。
线粒体DNA序列分析在鳞石蛾科(昆虫纲:毛翅目)成、幼虫联系中的应用
线粒体DNA序列分析在鳞石蛾科(昆虫纲：毛翅目)成、幼虫
联系中的应用
单林娜;杨莲芳;王备新
【期刊名称】《动物学研究》
【年(卷),期】2004(025)004
【摘要】水生昆虫幼虫的种类鉴定是影响水质生物监测准确性的重要因素,我国这方面的形态学鉴定资料极其缺乏.本研究测定和分析了4种鳞石蛾成虫及其疑似幼虫的mtDNA-COⅠ、Ⅱ及tRNA基因序列,发现鳞石蛾成虫与其疑似幼虫的序列歧异度均<1%,属于种内差异,由此确认了4种供试幼虫与其对应成虫的联系.研究表明利用线粒体DNA细胞色素氧化酶基因序列分析鉴定鳞石蛾类幼虫是可行的,为加快水生昆虫的幼虫分类研究提供了新途径.
【总页数】5页(P351-355)
【作者】单林娜;杨莲芳;王备新
【作者单位】南京农业大学,昆虫系,江苏,南京,210095;南京农业大学,昆虫系,江苏,南京,210095;南京农业大学,昆虫系,江苏,南京,210095
【正文语种】中文
【中图分类】Q969.41
【相关文献】
1.傅氏鳞石蛾和弓突鳞石蛾幼虫记述(毛翅目:鳞石蛾科) [J], 单林娜;杨莲芳
2.石蛾科褐纹石蛾属二新种记述(昆虫纲,毛翅目) [J], 杨维芳;杨莲芳
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5.莫氏斑胸鳞石蛾和长叉瘤石蛾幼虫记述(毛翅目:鳞石蛾科和瘤石蛾科) [J], 单林娜;杨莲芳
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30种半翅目昆虫线粒体COⅠ基因密码子偏好性聚类分析
30种半翅目昆虫线粒体COⅠ基因密码子偏好性聚类分析张玉波;周中艳;王廷慧;邓娟
【期刊名称】《江苏农业科学》
【年(卷),期】2018(046)014
【摘要】利用CodonW 1.4.2和SPSS 19.0软件分析30种半翅目昆虫线粒体COⅠ基因并进行聚类.结果表明,同一单系群里相对越进化的昆虫其COⅠ基因的有效密码子数量(effective number of codons,简称ENC)越小,密码子偏好性越强;在总科以下各分类阶元聚类分析所反映的亲缘关系与现存分类系统基本相符.说明基于昆虫线粒体COⅠ基因密码子偏好性的聚类分析在一定程度上可以反映物种之间的亲缘关系,但更适用于同一单系群中较为进化的类群.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】张玉波;周中艳;王廷慧;邓娟
【作者单位】安顺学院农学院,贵州安顺 561000;贵州省昆虫信息系统与资源开发利用重点实验室,贵州安顺561000;安顺学院农学院,贵州安顺 561000;贵州省昆虫信息系统与资源开发利用重点实验室,贵州安顺561000;安顺学院农学院,贵州安顺561000;安顺学院农学院,贵州安顺 561000
【正文语种】中文
【中图分类】Q969.35
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线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6参与锈赤扁谷盗磷化氢抗性形成
线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6参与锈赤扁谷盗磷化氢抗性形成陈二虎;袁国庆;陈艳;陈梦秋;孙晟源;唐培安【期刊名称】《中国农业科学》【年(卷),期】2024(57)9【摘要】【背景】锈赤扁谷盗(Cryptolestes ferrugineus)是重要储粮害虫,其对磷化氢(phosphine)抗性问题尤为突出。
线粒体是生物体的重要细胞器,是昆虫进行呼吸代谢反应的核心场所,其中线粒体编码基因参与调节昆虫呼吸速率、能量代谢以及细胞信号转导等生理过程。
【目的】明确线粒体编码基因在锈赤扁谷盗磷化氢抗性形成过程中的作用。
【方法】通过CO_(2)检测仪测定锈赤扁谷盗不同磷化氢抗性种群试虫的呼吸速率;利用RT-qPCR技术解析线粒体编码基因在磷化氢抗性水平和呼吸速率均差异最大的锈赤扁谷盗太仓和上海种群试虫中的表达模式,并进行线粒体复合体I和V的活性测定;通过RT-qPCR技术研究关键线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6对磷化氢胁迫响应的表达模式以及胁迫后线粒体复合体I和V的活性变化。
利用RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术沉默锈赤扁谷盗线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6,同时分析上述基因被有效沉默后试虫呼吸速率和磷化氢敏感性变化情况。
【结果】锈赤扁谷盗呼吸速率与磷化氢抗性水平呈负相关关系,即害虫呼吸速率均随磷化氢抗性倍数增加而显著下降。
RT-qPCR结果表明线粒体编码基因在锈赤扁谷盗磷化氢极高抗种群(太仓种群,RR=1 906.8)表达量显著低于相对敏感种群(上海种群,RR=1.4),且线粒体复合体I和V的酶活性与线粒体基因表达模式相一致。
锈赤扁谷盗经磷化氢熏蒸胁迫后,关键线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6被显著抑制,线粒体复合体I和V的酶活性均显著降低。
注射dsRNA有效沉默关键线粒体编码基因Nad5、Nad6和Atp6后,锈赤扁谷盗呼吸速率显著降低,磷化氢敏感性显著下降。
昆虫线粒体基因组研究方法
具体步骤
• 1. 采集标本并冷冻 • 2. 提取DNA • 3. 扩增线粒体基因组上的经典片段 • 4. 设计引物，扩增其他片段 • 5. 将所有片段拼接成完整的线粒体组（环形） • 6. 校对数据，利用软件、比对等方法，标出tRNA、
16S、12S及13个蛋白质基因的位置，上传线粒 体基因组数据至Genbank。 • 7. 对tRNA进行结构预测 • 8. 对12S及16S进行结构预测 • 9. 对该昆虫线粒体基因组上特殊位置进行讨论 • 10. 系统发育分析
• number。
6. 寻找tRNA及预测tRNA结构
• 用tRNAscan-SE Search Server 在线软 件，寻找tRNA，一次 可找出17-19个。其余 与其他昆虫线粒体进 行比对找出。
• 用DNAsis预测tRNA结 构，对于较为特殊的 tRNASer(AGN)，需手 工画出。
7. 预测12S及16S结构
• 将浸泡于无水乙醇中的足取出，晾干， 分成2-3段，放在1.5ul的离心管中。按照 QIAGEN DNeasy Tissue kit使用手册的说 明进行总DNA提取。抽提的DNA溶于200300ul的AE缓冲液，并置于在-20℃冰箱保 存备用。
3. PCR扩增和测序
• 先扩增线粒体基因组上的经典片段，如COⅠ、COⅡ、 COⅢ、Cob等。
1. 采集标本及冷冻
利用高压汞灯及黑光灯诱集，然后将标 本低温冷冻致死，取一侧后足泡入无水乙 醇，置于-20度冰箱保存，供提取DNA。标 本展翅并保存，以待进一步形态鉴定。
2. DNA提取
• 总DNA提取试剂盒为德国默克公司 QIAGEN DNeasy Tissue kit。PCR试剂使 用TIANGEN天根生化科技有限公司生产的 PCR MasterMix。
4种昆虫基因组中的线粒体假基因
4种昆虫基因组中的线粒体假基因杨明茹;周志军;常岩林;张艳霞【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(032)002【摘要】The aim of this study was to have further information about the distribution of nuclear mito-chondrial pseudogenes (Numts) in insect genomes, and to avoid misguidance of Numts sequences in the molecular phylogeny based on mtDNA. Sequences alignment (NCBI-Blast N) was carried out with mito-chondrial and corresponding nuclear genome sequences in 4 insect species. The results showed: copy number ranges from none in the African malaria mosquito Anopheles gambiae, few copies in the fruit fly Dro-sophila melanogaster, to more than 100 in the flour beetle Tribolium castaneum and the honeybee Apis mellifera , especially in A. Mellifera, Numts spanned the whole mtDNA. The reconstructed frequency of ND2, ND4, ND5, CO I and irRNA integrations into the nucleus were higher than other mitochondrial genes. So, it needed for doubly cautious when using it for the study of phylogenetic relationships.%为了进一步了解昆虫核基因组中线粒体假基因(Numts)序列分布情况,避免Numts序列对基于线粒体DNA(mtDNA)进行系统发育关系研究结果的误导,利用Blast N对GenBank中已完成核基因组和mtDNA测序的4种昆虫核基因组中的Numts序列进行检索,结果表明:冈比亚按蚊Anopheles gambiae中没有Numts序列；黑腹果蝇Drosophila melanogaster中仅有少量Numts序列；赤拟谷盗Tribolium castaneum和意大利蜜蜂Apis melliera基因组中Numts序列超过100条,尤其是意大利蜜蜂中的Numts序列涵盖全部mtDNA.ND2,ND4,ND5,COⅠ与lrRNA向核内转移频率高于其他mtDNA基因片段,因此,在使用其进行系统发育关系研究时需加倍谨慎.【总页数】8页(P165-172)【作者】杨明茹;周志军;常岩林;张艳霞【作者单位】河北大学生命科学学院,河北保定071002;河北大学生命科学学院,河北保定071002;河北大学生命科学学院,河北保定071002;河北大学生命科学学院,河北保定071002【正文语种】中文【中图分类】Q96【相关文献】1.线粒体假基因--核基因组中的分子化石 [J], 刘泽;邹本玲;李庆伟2.蚜蝇科昆虫比较线粒体基因组分析 [J], 李娟;李虎;霍科科3.蚜蝇科昆虫比较线粒体基因组分析 [J], 李娟;李虎;霍科科;;4.直翅目昆虫线粒体基因组的特征及应用 [J], 刘静;边迅5.访花昆虫野蚜蝇线粒体基因组结构分析 [J], 闫艳;程梦迪;曹春桥;李虎因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于线粒体 COI 基因鉴定大小蠹属昆虫
基于线粒体 COI 基因鉴定大小蠹属昆虫殷玉生;张帆;安榆林【摘要】Taking Dendrotonusvalens,D.pseudotsug,D.ponderosae,D.adjunctus,D.rufipennis and D.simplex 6 Dendrotonus species often intercepted in ports as the smaples,this paper constructed a Close Sib Relationship Tree;it used molecule measures to amplify mitochondrial COI genes,it analysed the relationships among same source sequence diversity,heredity distance and system evolution, and Close Sib Relationship Tree and Molecule Evolution Tree were compared,and it researched the feasibility and accuracy of Dend-rotonus insects rapid identification with the molecular techniques.The results showed that the homogeneous Dendrotonus bases had the small difference and different kinds of it had the larger difference,the different species could be clearly distinguished;the Dendro-tonus genetic distance and Neighbour-Joining System Evolution Tree also confirmed that the molecular identification results and the retrieval table classification results were the same.The molecular identification methods were used to do the fast accurate identifica-tion for different kinds of Dendrotonus insects.%以口岸经常截获的红脂大小蠹、黄杉大小蠹、山松大小蠹、间大小蠹、红翅大小蠹和落叶松大小蠹等6种大小蠹属昆虫为样本，根据其昆虫检索表制作了近缘关系树；利用分子手段对其线粒体COI基因进行扩增，分析同源序列的多样性、遗传距离和系统进化关系，并将近缘关系树和分子进化树进行比较，研究利用分子手段对大小蠹属昆虫进行快速鉴定的可行性和准确性。
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六种储粮甲虫线粒体基因组测定及分析
鞘翅目(Coleoptera)昆虫通称甲虫,属于昆虫纲、有翅亚纲、全变态类,由原鞘亚目(Archostemata),藻食亚目(Myxophaga),肉食亚目(Adephaga)和多食亚目(Polyphaga)四个亚目组成。
甲虫是世界上最具多样性的类群,目前已知39万多种,约占全球已知昆虫总数的三分之一,其中有很多种类的幼虫和成虫对畜牧业、农林业和仓储业具有严重的危害。
在储粮害虫中,最重要的是甲虫。
储粮甲虫是一类能在干燥的储粮里正常生活、繁殖的危害严重的昆虫,目前全球广泛使用磷化氢等呼吸毒剂来对其进行防治。
磷化氢主要作用于线粒体呼吸链,而线粒体基因组编码的很多基因都直接参与细胞呼吸过程。
线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所,其基因组因具有组成稳定,排列相对保守、序列简单、进化速率快、普遍为母系遗传等特点被广泛地用作分子标记以及研究昆虫的系统发育和种群的遗传变异与分化。
目前在GenBank数据库中可以检索到44条鞘翅目昆虫线粒体基因组的全序列和76条接近完全的序列,然而仅有2条完整的线粒体基因组序列来自储粮甲虫。
本研究对杂拟谷盗(Tribolium confusum),美洲黑拟谷盗(Tribolium audax),米象(Sitophilus oryzae),锯谷盗(Oryzaephilus surinamensis),绿豆象(Callosobruchus chinensis),以及烟草甲(Lasioderma serricorne)等 6 种常见且危害严重的多食亚目储粮甲虫的线粒体基因组进行了测定,并分别进行了注释和分析。
联合数据库中已有的多食亚目其他物种线粒体基因组数据,对多食亚目甲虫的线粒体蛋白质编码基因进行了比较分析,并对多食亚目甲虫的系统发生关系进
行了重建。
主要研究结果如下:1.已测得的杂拟谷盗、美洲黑拟谷盗、米象、锯谷盗、绿豆象和烟草甲的线粒体基因组长度分别为:15813 bp、15925 bp、14274 bp、14288 bp、16148 bp 和14241 bp。
所测线粒体基因组结构除了绿豆象以外均与其他已发表的多食亚目昆虫的线粒体基因组结构一致,绿豆象的tRNAGln由原始的位于tRNAIle和tRNAMet之间重排到tRNASer(UCN)和ND1之间。
2.6种多食亚目甲虫线粒体基因组的碱基组成都表现出明显的碱基A和碱基T偏向性,特别是蛋白质编码基因密码子第3位点的A+T碱基偏向性更为显著,其A+T含量均可高达78%以上。
所测线粒体基因组都分别存在重叠区和间隔区,且这6种甲虫的
tRNASer(UCN)与ND1基因之间的间隔区都存在5 bp的TACTA保守基序。
本研究的6种甲虫线粒体基因组的ATP8和ATP6基因之间都存在7 bp的保守重叠区域(ATGATAR)。
此外,ND4与ND4L基因之间的重叠区也都存在7 bp的保守序列(YTATCAT)。
3.6 种甲虫的所有转运 RNA(transfer ribonucleic acid,tRNA),除了
tRNASer(AGN)均缺失二氢尿嘧啶臂以外,其他的tRNA均能形成典型的三叶草形二级结构。
tRNA二级结构中存在一定的碱基错配,均以G-U为主。
这6种甲虫线粒体基因组的大部分tRNA基因的反密码子都与六足总纲的反密码子一致,但米象和绿豆象的tRNALys却使用了非常规的UUU作为其反密码子。
4.本研究中的41种多食亚目甲虫线粒体基因组蛋白质编码基因均存在较明显的AT偏斜。
就单个基因而言,J链编码的基因普遍具有轻微的碱基C和T偏斜(C>G,T>A),而N链编码的基因具有较明显的碱基T和G偏斜
(T>A,G>C),即线粒体蛋白质编码基因的AT偏斜性和GC偏斜性与编码链相关,因此我们推测这种碱基的偏斜性可能和基因复制相关。
多食亚目甲虫线粒体蛋白质编码基因使用频率较高的氨基酸分别是:Leu、Ser、Ile和Phe。
41种多食亚目甲虫线粒体蛋白质编码基因的起始密码子统计结果显示大多数的基因均使用ATG作为起始密码子,另外ATA、ATT和ATC也占有一定的比例。
5.使用多食亚目41个物种的线粒体基因组PCG数据集所构建的系统发育树与传统分类研究基本一致。
ML和BI两种方法构建的系统树均支持叶甲总科、象甲总科以及拟谷盗属的单系性,并很好地印证了象甲总科和叶甲总科互为姐妹群的事实。
锯谷盗位于拟步甲总科的基部,烟草甲与郭公甲总科的Chaetosoma scaritides聚为一个分支,我们推测这可能是由于这两种甲虫都是其科级水平的唯一一个代表所造成的。