岩扇贝线粒体与核基因的遗传变异及四种扇贝的亲缘关系研究

发布时间：2020-09-03 20:30

　　岩扇贝(Crassadoma gigantea,Rock scallop)隶属于软体动物门、双壳纲(Bivalvia)、扇贝目、扇贝科,最早发现于北美太平洋沿岸地区,因具有个体大、生长速度快、抗逆性强、肉嫩味美等优点,在国际市场备受青睐。为有效缓解国内扇贝养殖品种少、病害频发、产量低、死亡率高等问题,岩扇贝作为优良品种于2012年被引进我国。目前,国内外对岩扇贝分子遗传学的研究较少。因此,本研究采用第二代测序的方法对岩扇贝线粒体基因组进行了测定和分析,同时应用PCR和测序技术,对岩扇贝、虾夷扇贝、栉孔扇贝和海湾扇贝的单个线粒体基因和核基因进行了测定,探讨了四种扇贝的遗传变异情况及其之间的亲缘关系。主要结果如下:1.获得了岩扇贝线粒体基因组的全长序列,并与其他三种扇贝进行了比较分析。岩扇贝线粒体基因组全长18495bp(GenBank登入号:MH016739),包含12个蛋白质编码基因(PCGs),2个rRNA基因和23个tRNA基因,与大多数海洋双壳类动物相似,缺失了ATP8基因。基因组的A、G、C、G含量分别为21.19%、28.75%、15.24%和34.82%,A+T含量为56.02%,AT skew碱基组成(A-T)/(A+T)和GC skew碱基组成(G-C)/(G+C)分别为-0.243和0.309。编码区序列总长度为11412 bp,占基因组全长序列的61.70%。12个蛋白质编码基因的起始密码子偏好使用ATG,终止密码子偏好使用TAG,没有不完整的密码子使用情况。23个tRNA基因(trnS2除外)均为典型的三叶草结构。四种扇贝的基因排列比较显示,岩扇贝与栉孔扇贝的基因排列顺序的同源性极高,岩扇贝与虾夷扇贝有间有4个共同基因块,而岩扇贝与海湾扇贝之间只有两个。通过两种方式构建的系统发育树结果不同:(1)按基因组的基因排列方式,结果表明岩扇贝与栉孔扇贝有较近的亲缘关系。(2)按相同的基因排列方式,结果则表明岩扇贝与虾夷扇贝有较近的亲缘关系。2.对岩扇贝、虾夷扇贝、栉孔扇贝和海湾扇贝各10个样本的Cytb基因和12S rRNA基因的全序列进行测定,分析了其遗传变异情况,计算了种间遗传距离,并构建了系统发育树。结果分别为:(1)四种扇贝Cytb基因的A+T含量在57.12%—59.64%之间,均大于G+C含量;四种扇贝的单倍型数、多态性位点数、单倍型多样性指数、核苷酸多样性指数和平均核苷酸差异数分别在3—4、2—15、0.0.545—0.800、0.00100—0.00572和0.788—6.545之间,均表现出较低的遗传变异水平(π0.01);四种扇贝的种间遗传距离和系统发育树显示,岩扇贝与虾夷扇贝的亲缘关系最近,其次是岩扇贝与栉孔扇贝。(2)四种扇贝12S rRNA基因的A+T含量在50.57%—56.77%之间,均大于G+C含量;四种扇贝的单倍型数、多态性位点数、单倍型多样性指数、核苷酸多样性指数和平均核苷酸差异数分别在2—3、2—3、0.264—0.623、0.00075—0.00207和0.427—1.882之间,均表现出较低的遗传变异水平(π0.01);四种扇贝的种间遗传距离和系统发育树显示,虾夷扇贝与栉孔扇贝的亲缘关系最近,其次是岩扇贝与虾夷扇贝。3.对岩扇贝、虾夷扇贝、栉孔扇贝和海湾扇贝各10个样本的核糖体ITS1和5SrDNA的序列进行测定,分析了其遗传变异情况,计算了种间遗传距离,并构建了系统发育树。结果分别为:(1)四种扇贝ITS1序列的A+T含量在54.48%—58.10%之间,均大于G+C含量;四种扇贝的单倍型数、多态性位点数、单倍型多样性指数、核苷酸多样性指数和平均核苷酸差异数分别在2—6、1—12、0.425—0.800、0.00081—0.00486和0.366—2.442之间,均表现出较低的遗传变异水平(π0.01);四种扇贝的种间遗传距离和系统发育树显示,岩扇贝与虾夷扇贝的亲缘关系最近,其次是岩扇贝与栉孔扇贝。(2)四种扇贝5S rDNA序列的A+T含量在57.50%—63.70%之间,均大于G+C含量;四种扇贝的单倍型数、多态性位点数、单倍型多样性指数、核苷酸多样性指数和平均核苷酸差异数分别在2—5、1—14、0.533—0.841、0.00108—0.01058和0.533—5.726之间,均表现出较低的遗传变异水平(π0.01);四种扇贝的种间遗传距离和系统发育树显示,岩扇贝与虾夷扇贝的亲缘关系最近,其次是岩扇贝与栉孔扇贝。综上所述,本研究中采样区的四种扇贝均处于较低的遗传变异水平;共构建了的6个系统发育树,其中4个表明岩扇贝与虾夷扇贝的亲缘关系较近,1个表明岩扇贝与栉孔扇贝的亲缘关系较近,1个表明虾夷扇贝与岩扇贝的亲缘关系较近。因此,从分子生物学的角度,认为岩扇贝与虾夷扇贝的亲缘关系最近,并且岩扇贝、栉孔扇贝和虾夷扇贝相互之间有着较近的亲缘关系。
【学位单位】：大连海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S917.4
【部分图文】：

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13图 2-1 线粒体基因组测序流程图ig.2-1 sequencing flow chart of mitochondrial genome取使用动物细胞/组织线粒体 DNA 萃取试剂盒（如下：中的扇贝闭壳肌取出，秤重以确定组织量，随预冷的 15 mL 锥形离心管中，加入 5 mL 预冷的分混匀，即立刻放入预冷的 DOUNCE 匀浆器，；至 15 mL 锥形离心管中，放入冷冻离心机 10

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第二章岩扇贝线粒体基因组的测定及其与三种扇贝的比较分析tb 基因间的间隔区较长，分别为 1173bp、637bp、487bp。196bp 和 189bp；而1 处，在 trnR-cga 与 rrnL 之间，长度为 10bp。岩扇贝线粒体基因组的 A、G别为 A=21.19%、G=28.75%、C=15.24% 和 T=34.82%，A+T 含量占基因组%。AT skew 碱基组成 (A-T)/(A+T) 和 GC skew 碱基组成 (G-C)/(G+C) 和 0.309，呈现出较强的 A 碱基和 C 碱基偏好性。

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2.3.1.2 基因功能注释为了解线粒体蛋白质编码基因的功能，使用同源比对的方法，通过基因预测得到样品的氨基酸序列，与已知的蛋白数据库（GO，Gene Ontology）进行比对，对其功能进行注释，结果如图 2-2。将注释成功的基因按照 GO 的三个大类：分子功能（MF: Molecularfunction）、细胞组分（CC: Cellular component）以及生物学过程（BP: Biological process），共分为 11 个亚类，分别为 BP: 4 个、CC: 4 个、MF: 3 个，三大类注释到的基因数分别为16、42 和 19。其中，在分子功能（MF: Molecular function）这一类中，催化活性（catalytic activity）包含的基因最多（9 个），其次是转运活性（transporter activity）（4 个），最后是粘合剂（binding）（3 个）；在细胞组分（CC: Cellular component）这一类中，岩扇贝线粒体12 个蛋白质编码基因均同时被注释到了细胞器（organelle part）、细胞组分（cell part）和细胞（cell），而另一亚类细胞器组分（细胞器部分）包含 6 个基因；在生物学过程（BP:Biological process）这一类中，代谢过程（metabolic process）和细胞进程（cellular process）包含的基因最多，分别为 9 和 7，而另两个亚类：定位（localization）和建立定位（establishment of localization）仅包含一个基因。

【参考文献】