蛇類線粒體基因組結(jié)構(gòu)演化研究及原矛頭蝮屬生物地理學(xué)分析.pdf

1、蛇類的線粒體全基因組含有22個(gè)tRNA基因，2個(gè)rRNA基因，13個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因，1個(gè)或者2個(gè)控制區(qū)。蛇類的線粒體基因組和經(jīng)典的的脊椎動(dòng)物相比，擁有其特有的結(jié)構(gòu)。與哺乳動(dòng)物線粒體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相比，在其他各種動(dòng)物類群中經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)控制區(qū)域的加倍，大部分重復(fù)的兩個(gè)控制區(qū)被認(rèn)為是以協(xié)同的方式進(jìn)行演化。在蛇類的線粒體基因組中，控制區(qū)的重復(fù)狀態(tài)及其協(xié)同演化的模式已經(jīng)持續(xù)了7000多萬(wàn)年。原矛頭蝮屬現(xiàn)有14個(gè)物種，主要的分布區(qū)位于中國(guó)的秦嶺、淮河流

2、域，南亞，中南半島和琉球群島。
　　本研究通過(guò)一代測(cè)序技術(shù)獲取9個(gè)蛇類線粒體基因組序列，并從GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取相關(guān)蛇亞目基因組序列。此外，本研究還擴(kuò)增、測(cè)序了原矛頭蝮屬物種的線粒體基因與核基因序列。結(jié)合本研究已測(cè)定的序列以及NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中相關(guān)的序列，探討以下3個(gè)問(wèn)題:(1)蛇類線粒體基因組結(jié)構(gòu)的排列模式、演化過(guò)程以及可能的重排機(jī)制;(2)真蛇下目蛇類控制區(qū)演化模式;(3)原矛頭蝮屬物種的起源和各類群的擴(kuò)散路徑。本論文的主

3、要研究結(jié)果如下:
　　(1)蛇類線粒體基因組結(jié)構(gòu)研究
　　對(duì)蛇亞目14個(gè)科的94個(gè)物種的線粒體基因組進(jìn)行分析，研究結(jié)果顯示，94個(gè)蛇類線粒體全基因組存在12種線粒體基因排列模式(類型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅲ-A、Ⅲ-B、Ⅲ-B1、Ⅲ-B2、Ⅲ-C、Ⅲ-D、Ⅲ-E、Ⅲ-F和Ⅲ-G)。類型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分別起源于一個(gè)未知或者不確定的祖先線粒體基因組排列，其他九種類型直接或者間接起源于類型Ⅲ，每種類型都有它們自己的獨(dú)特特征。基因重排主要涉及四個(gè)

4、過(guò)程，包括基因丟失、加倍、插入和移位。OL在盲蛇下目物種中獨(dú)立丟失兩次，但存在于所有真蛇下目物種中。控制區(qū)加倍和tRNALeu基因移位是真蛇下目物種基因組的兩個(gè)主要特征。脯氨酸殘基（P*）獨(dú)立地分布在游蛇科和水蛇科的7個(gè)支系中，它的出現(xiàn)是隨機(jī)事件。對(duì)于蛇類線粒體基因組來(lái)說(shuō)，WANCY基因簇、控制區(qū)及其相鄰區(qū)段是重排的熱點(diǎn)，重復(fù)控制區(qū)的維持和不對(duì)稱性是線粒體基因組結(jié)構(gòu)多樣性的來(lái)源。
　　(2)蛇類雙控制區(qū)的演化模式
　　從Ge

5、nbank中獲取真蛇下目蛇類88個(gè)物種96個(gè)個(gè)體的控制區(qū)基因序列，用于控制區(qū)演化模式分析。選擇舟山眼鏡蛇作為代表，使用RDP4軟件對(duì)其控制區(qū)進(jìn)行了多重組位點(diǎn)的檢測(cè)分析，探究雙控制區(qū)更精確的演化模式。研究結(jié)果顯示，在種的水平上，來(lái)自同一物種的旁系同源控制區(qū)(CR1和CR2)聚在一起，來(lái)自不同物種直系同源控制區(qū)(CR1或CR2)彼此分開。然而，在一少部分蛇類的線粒體基因組中，結(jié)果卻不同:直系同源控制區(qū)聚類在一起，而旁系同源控制區(qū)彼此分開。在

6、真蛇下目蛇類的雙控制區(qū)演化過(guò)程中存在兩種方式:協(xié)同演化和獨(dú)立演化。協(xié)同演化是廣泛存在大部分類群中的，而獨(dú)立演化則發(fā)生在少部分類群中，而非單個(gè)的、偶然的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)舟山眼鏡蛇研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，其雙控制區(qū)來(lái)源于異源重組，演化模式為獨(dú)立演化。控制區(qū)中的功能區(qū)都存在，沒(méi)有發(fā)生退化?？赡苁侵亟M使得重復(fù)控制區(qū)在長(zhǎng)期的獨(dú)立演化過(guò)程中保持高度的相似性。
　　(3)原矛頭蝮屬的生物地理學(xué)研究
　　使用4個(gè)線粒體和6個(gè)核基因作為分子標(biāo)記來(lái)討論原矛頭蝮