摘要：线粒体基因组具有结构简单、分子量相对较小和进化速率较快等特征。为探讨鱼类线粒体编码蛋白基因的进化特征，选择红鳍东方鲀、金娃娃和雀鳝等8个鱼类物种，分别对这些物种的ND1、ND5、COX3、ATP6和CYTB基因进行了选择压力检测。结果表明： ND1和CYTB基因受到严谨的功能限制，其进化不快，受负选择控制；而在ND5、COX3和ATP6蛋白中分别检测2、6和2个正选择位点，但这些正选择位点的贝叶斯概率值较低，均低于0.95，这说明这三种基因在鱼类进化中显示出不严谨的功能限制。这些研究为探明鱼类线粒体基因组进化提供线索。

关键词：鱼类；线粒体基因组；进化

Identification and Adaptive Evolution of the Genes from Fish Mitochondrial Genome

Abstract：The mitochondrial genome has several characteristics including simple structure, relatively small molecular weight and fast evolutionary rate. To investigate the evolutionary pattern of the genes encoding mitochondrial proteins in eight fish species (Takifugu rubripes, Tetraodon nigroviridis, Lepisosteus oculatus etc.), the ND1, ND5, COX3, ATP6 and CYTB genes of these species were analyzed for selective pressure detection. The results showed that the ND1 and CYTB genes were subjected to strict functional limitation, and their evolution was not fast, which was controlled by negative selection. The 2, 6 and 2 positively selected sites were identified in the ND5, COX3 and ATP6 proteins, but these positive selection sites of Bayesian probability value is low, less than 0.95. This shows that these three genes in the evolution of fish showed no strict functional constraints. These studies provide clues to the evolution of the mitochondrial genome of fish.

Key words: Fish; Mitochondrial genome; Evolution

目    录

摘要 1

关键词 1

1引言 1

2材料与方法 2

2.1物种抽样与数据来源 2

2.2 序列比对与系统发生树构建 2

2.3 树文件和序列文件准备 3

2.4 基于位点模型检测选择压力 3

3结果与分析 3

3.1鱼类线粒体相关基因的鉴定 3

3.2系统进化关系 4

3.3基于位点模型检测5个鱼类线粒体相关基因的选择压力 5

3.4基于位点模型检测鱼类线粒体ATP6基因的选择压力 7

3.5基于位点模型检测鱼类线粒体COX3基因的选择压力 8

3.6基于位点模型检测鱼类线粒体ND5基因的选择压力检测 9

4讨论与结论 10

参考文献 11

附录 11

致谢 16

鱼类线粒体基因组基因的鉴定与适应性进化1引言

线粒体(mitochondrial)是一种广泛存在所有真核生物细胞内，由双层膜封闭包被的一类特别的非自主性细胞器，其DNA结构为典型的环状双链分子结构，少数为线性结构，正常功能的行使还会受到核基因组控制[1-2]。线粒体中富含多种生物氧化酶类，这些酶类主要参与细胞的氧化磷酸化，并为真核细胞提供＞95%的能量。线粒体基因组具有分子量小、结构简单、个体内有高度的均一性、并且具有基因组成稳定和严格的母系遗传等特点[1]。线粒体基因组的长度一般在14～18kb之间，共编码37个基因，编码的复合物主要与呼吸链氧化磷酸化所需的蛋白质有关，由13个蛋白质基因(ND1～ND6、ND4L、COⅠ～COⅢ、ATP6、ATP8和CYTB)、22个tRNA以及2个rRNA以及一个控制区(Dloop区)组成［3－5］。由于线粒体基因组突变率较高，并且线粒体DNA积累变异的时间也较短，可以使用mtDNA的这一特点区分开亲缘关系较近的人群，因此常用于研究人类的基因进化和追溯群体历史事件的遗传标记，能够比较可靠的记录人类近期发生的人群动态事件[5]。作为脊椎动物的另外一个庞大的物种群体鱼纲，和其他脊椎动物一样具有相同的线粒体基因特点和结构，截止2011年4月，Genbank已公布后生动物线粒体基因组1832种，其中脊椎动物1289种，其中硬骨鱼纲638种，鲤形目120种，鲤科90种，、鮈亚科15种、麦穗鱼属1种[6-9]。但是对已测定的鱼类物种线粒体基因组序列特点的研究还不够彻底，各物种之间的进化关系还不够清晰。本研究采用生物信息学和比较基因组学等方法来探索鱼类线粒体基因组之间的适应性进化关系，选择了8种较为常见的物种，从13个蛋白质编码基因中选择了ND5、ND1、COX3、CYTB和ATP65种基因进行线粒体基因鉴定，其中ATP6基因在基因组的进化过程中分化较早于其他四种基因，COX3和ND1基因在基因组适应性进化过程中有相同的起源，可能与其表达的功能类似有关。CYTB基因的分化较早于COX3和ND1基因，与这两个基因表达的功能有显著的差异。其中以研究鱼类各物种基因组之间的选择进化关系，为生物线粒体基因的进化提供相关依据。