四种海胆棘的显微结构和基于线粒体基因组全序列的系统发育学研究

发布时间：2017-06-07 15:22

  本文关键词：四种海胆棘的显微结构和基于线粒体基因组全序列的系统发育学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以杂色角孔海胆(Salmacis sphaeroides variegata)、疏棘角孔海胆(Salmacis bicolor rarispina)、哈氏刻肋海胆(Temnopleurns hardwickii)和细雕刻肋海胆(Temnopleurus toreumaticus)为研究对象,利用传统方法结合电镜技术进行形态学分类研究,重点是棘和叉棘。线粒体基因组全序测定方面,以long-PCR结合常规PCR方法,测定了2种角孔海胆的线粒体基因组全序列,并采用线粒体基因组全序对这两种海胆进行分析比较,同时结合其他11种拱齿目海胆线粒体基因组全序进行系统发育关系和遗传分化研究。本研究成果为海胆的分类学和线粒体基因组数据库提供了基础资料和分子依据。角孔海胆和刻肋海胆的大棘和中棘形态差异显著,小棘形态差别不大。叉棘方面4种海胆分化明显,尤其是球形叉棘和三叉叉棘。角孔海胆的蛇首叉棘每瓣两侧上方4个齿、下方3个等大的齿,只在上方具有锯齿结构;刻肋海胆上方具有4-6个齿、下方中间明显突出的3个齿,从边缘到内部隆起脊上都有锯齿。杂色角孔海胆的三叉叉棘每瓣上方缺刻不明显,两侧略有起伏,边缘有2到3列锯齿密集排列,疏棘角孔海胆每瓣较宽,瓣上方两侧具有明显的4个齿,边缘密集排列2列乳突状锯齿。疏棘角孔的球形叉棘上方分叉,伸出部位孔状结构,下方两侧突出平缓；2种刻肋海胆分叉愈合成深凹槽,伸出部内侧具凹陷,两侧各有一个侧齿,哈氏刻肋海胆侧齿不明显,细雕刻肋海胆侧齿细长尖锐,两种下方突出明显,两侧形成大的凹陷。角孔海胆三叶叉棘宽窄分界明显,边缘有锯齿,下方有2个齿,疏棘角孔的形似“芭蕉扇”叶；刻肋海胆较为宽短,边缘有锯齿,变窄区域很小或者不明显,两侧各有2个突出的齿,下方和内部隆起脊上具尖锐的锯齿,细雕刻肋瓣近似长方形,边缘十分平直。实验测得杂色角孔海胆线粒体基因组长度为15762bp,疏棘角孔海胆为15767bp,包括22个tRNA.2个核糖体RNA、13个蛋白质编码基因以及非编码区。核糖体RNA具有较高的保守性。两种角孔海胆碱基含量均具有明显的AT偏移,除控制区外AT含量差异较小,一般在60%到65%,16S rRNA为AT富集区。蛋白质编码基因碱基含量总体上AT含量H链低于L链,密码子上从第一位点到第三位点逐渐递增,22个tRNA,总的碱基含量也存在明显的AT偏移,H链和L链差别不大。两种角孔海胆同源蛋白质基因的长度和顺序相同,共含有3819个密码子(不包括终止密码子),多数基因用ATG作为起始密码子,少数使用GTG、ATC或ATA,全部使用完全终止密码子,TAG或TAA。两种角孔海胆都包含22个tRNA,长度范围均为68bp-74bp,都分别包括两种亮氨酸和丝氨酸的tRNA,其中的21个tRNA均可以折叠成三叶草结构,tRNASer(AGN)不能生成二级结构。基于13种拱齿目海胆线粒体基因组全序构建的贝叶斯系统树与基于蛋白质编码基因构建的ML树结果完全一致,基于核糖体RNA构建的ML树差异不大,而基于22个tRNA构建的ML树差异显著。本次实验中得到的2种角孔海胆的亲缘关系彼此最近,2种角孔海胆属海胆又与2种刻肋海胆属海胆关系较近,与形态学分类结果相一致,4种刻肋海胆与其他11种海胆的遗传距离相对都较远。
【关键词】：疏棘角孔海胆 杂色角孔海胆 叉棘 线粒体基因组 系统发育 拱齿目
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S917.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 前言12-22
• 1.1 系统发育学及其研究进展12-14
• 1.1.1 系统发育学概述12-14
• 1.1.2 系统发育学研究方法14
• 1.2 生物信息学14-16
• 1.3 海胆的研究现状16-22
• 1.3.1 海胆目前形态学研究概况16-18
• 1.3.2 线粒体及其基因组18-20
• 1.3.3 海胆纲线粒体基因组研究现状20
• 1.3.4 本次研究的目的及意义20-22
• 第二章 两种角孔海胆和两种刻肋海胆的形态学研究22-47
• 2.1 材料与方法23-25
• 2.1.1 实验材料23
• 2.1.2 样品处理23-24
• 2.1.3 扫描电子显微镜24-25
• 2.2 两种角孔海胆的形态学研究25-37
• 2.2.1 杂色角孔海胆Salmacis sphaeroides variegata Mortensen,194226-31
• 2.2.2 疏棘角孔海胆Salmacis bicolor rarispina L.Agassiz,184631-37
• 2.3 两种刻肋海胆的形态学研究37-45
• 2.3.1 哈氏刻肋海胆Temnopleurus hardwickii(Gray,1855)37-42
• 2.3.2 细雕刻肋海胆Temnopleurus toreumaticus(Leske,1778)42-45
• 2.4 讨论45-47
• 第三章 杂色角孔海胆的线粒体基因组全序测定及组成分析47-57
• 3.1 实验材料47
• 3.2 实验方法与步骤47-49
• 3.2.1 DNA的提取47-48
• 3.2.2 引物设计48
• 3.2.3 PCR扩增、产物检测与纯化48-49
• 3.3 数据分析49-50
• 3.4 结果与讨论50-57
• 3.4.1 杂色角孔海胆的线粒体基因组组成50-51
• 3.4.2 碱基组成及结构分析51-54
• 3.4.3 蛋白质编码基因54-56
• 3.4.4 rRNA基因和tRNA基因56
• 3.4.5 非编码区56-57
• 第四章 疏棘角孔海胆的线粒体基因组全序测定及组成分析57-65
• 4.1 实验材料57
• 4.2 实验方法与步骤57
• 4.2.1 DNA的提取57
• 4.2.2 引物设计57
• 4.2.3 PCR扩增、产物检测与纯化57
• 4.3 数据分析57-58
• 4.4 结果与讨论58-65
• 4.4.1 疏棘角孔海胆的线粒体基因组组成58-59
• 4.4.2 碱基组成及结构分析59-62
• 4.4.3 蛋白质编码基因62-64
• 4.4.4 rRNA基因和tRNA基因64
• 4.4.5 非编码区64-65
• 第五章 基于海胆线粒体基因组全序列及各基因片段的系统发育分析65-73
• 5.1 实验材料65
• 5.2 数据处理65-66
• 5.2.1 线粒体基因序列多态分析65
• 5.2.2 系统发育分析65-66
• 5.3 结果分析66-73
• 5.3.1 2种角孔海胆的线粒体基囚序列多态分析66-67
• 5.3.2 基于13种海胆线粒体基因全序的系统发育分析67-68
• 5.3.3 基于蛋白质编码基因的系统发育分析68-70
• 5.3.4 基于核糖体RNA的系统发育分析70-71
• 5.3.5 基于22个tRNA的系统发育分析71-73
• 第六章 总结73-76
• 6.1 形态学研究73-74
• 6.2 基于线粒体基因组全序的系统发育分析74-76
• 参考文献76-83
• 致谢83-84
• 个人简历及发表的学术论文84

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