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六种鲇形目鱼类线粒体基因组克隆及其系统发育研究

作　者: 梁宏伟
导　师: 刘小林
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 遗传学
关键词: 鲿科鲇科线粒体基因组序列分析系统发育
分类号: S917.4
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

鲇形日鱼类是重要的经济鱼类之一,数量几乎占到整个淡水鱼类的三分之一,具有分布广,适应性强的特点。近几十年来,研究人员对鲇形目科之间的相互关系进行了一定的研究,但是鲇形目内不同科间及同一科内不同属间的系统发育关系并没有得到系统深入的阐述,而鲇形目鱼类系统发育研究对于正确合理的分类和种质资源的进一步挖掘与利用具有重要的意义。当前,鲇形目的系统发育关系已经成为了进化学家和分类学家最具挑战性和吸引力的课题之一。截止目前,对于黄颡鱼属和鲇属鱼类系统发育关系研究的相对较少,属内的归属仍然存在一定的争议。另外,前期对于黄颡鱼属和鲇属系统发育关系的研究大部分采用的是线粒体DNA的部分序列,如Cytb、ND4和线粒体DNA控制区等,所利用的线粒体基因组信息非常有限。本研究利用PCR技术对鲇形目黄颡鱼属的黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)、瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachellii)、光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus)和长须黄颡鱼(Pelteobagrus cupogon),以及鲇属的南方大口鲇(Silurus meridionails)和鲇(Silurus asotus)六种鲇形目鱼类进行线粒体基因组的克隆,并利用生物信息学相关软件对其进行组成和特征的比较分析,然后联合已知线粒体基因组的鲇形目鱼类进行系统发育树的构建,得到了如下结果：1.成功克隆了黄颡鱼、瓦氏黄颡鱼、光泽黄颡鱼、长须黄颡鱼、南方大口鲇和鲇六种鲇形目鱼类的线粒体全基因组,全长分别为16527bp、16527bp、16532bp、16562bp.16527bp和16523bp,其基因排列顺序与已己知鲇形目鱼类线粒体基因组一致,均包括13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因(12SrRNA和16SrRNA)和一个非编码区(D-Loop区)。2.六种鲇形目鱼类的线粒体基因组的碱基组成均表现出AT碱基的偏倚性,A+T含量平均值为57.4%,明显高于G+C含量,A+T含量最高的是黄颡鱼(59.1%),最低的是南方大口鲇(55.3%)。13个蛋白质编码基因的碱基组成中A+T碱基含量平均值为56.84%,其中最高的是光泽黄颡鱼(58.95%)、最低的是南方大口鲇(54.97%)、均为第三密码子位置A+T碱基含量最高,光泽黄颡鱼高达64.68%,四种碱基中G碱基含量最低,特别是第三密码子位置,在长须黄颡鱼中含量仪为8.73%。3.六种鲇形目鱼类的13个蛋白质编码基因全长为11404bp(鲇)～11411bp(南方大口鲇),四种,黄颡鱼的编码序列长度相同,为11408bp。在13个蛋白质编码基因中,6种鲇形目鱼类最长的均为ND5基因,且除鲇为1824bp以外,其余五种鱼均为1827bp,最短的基因为ATPase8,长度均为168bp。黄颡鱼、瓦氏黄颡鱼、长须黄颡鱼和南方大口鲇四种鱼的蛋白编码基因中除COX1基因以GTG作为起始密码子外,其余的12个蛋白编码基因均以ATG作为起始密码子。ND2基因以TAG作为终止密码子,ND1、COX1、ATPase6、ATPase8、ND4L、ND5和ND6七个蛋白编码基因均以TAA作为终止密码子,其余的五个基因(COX2、COX3、ND3、ND4和Cytb)均以不完全终止密码子T作为终止密码子。光泽黄颡鱼和鲇与上述四种鱼有所不同,其中光泽黄颡鱼NDl以TAG作为终止密码子,鲇ND5以TAG作为终止密码子,ND2以不完全终止密码子T作为终止密码子,ATPase6和Cytb以TA作为终止密码子4.成功鉴别出六种鲇形目鱼类的终止序列区、中央保守区和保守区的相关序列ETAS、CSB-D、CSB-E、CSB-F、CSB-1、CSB-2和CSB-3。5.六种鲇形目鱼类重叠核苷酸总长度为25bp～28bp,间隔区域总长度为59bp～62bp,其中黄颡鱼、光泽黄颡鱼、长须黄颡鱼和南方大口鲇重叠长度相同(28bp),间隔区域长度光泽黄颡鱼和长须黄颡鱼、黄颡鱼和瓦氏黄颡鱼、南方大口鲇和鲇两两相同,分别为59bp、60bp和62bp。大部分基因间隔和重叠都很短,仅为几个碱基,最长的基因间隔约为30bp,最长的基因重叠为10bp。重叠最长的序列位于ATPase6与ATPase8之间(10bp),间隔最长的序列位于tRNA-Cys和tRNA-Asn之间(约30bp)。6.对鲇形目鱼类系统发育分析表明,黄颡鱼与长须黄颡鱼亲缘关系较近,瓦氏黄颡鱼与光泽黄颡鱼亲缘关系较近。7.从分厂进化的角度,短尾尼拟鲿、切尾拟鲿、乌苏拟鲿可能被划归为鮠属更为合理,分别称为短尾鮠、切尾鮠和乌苏鮠。8.拟鲿属和黄颡鱼属不是单系群,长臀鮠科与叉尾鮰科形成姐妹群关系。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
目录  11-14
第一章文献综述  14-33
  1.1 鱼类线粒体基因组  14-20
    1.1.1 鱼类线粒体基因组的结构  14-16
    1.1.2 鱼类mtDNA的遗传特性  16-18
    1.1.3 鱼类线粒体全基因组测定研究进展  18-20
  1.2 分子系统发育研究  20-25
    1.2.1 分子系统发育的原理  20-21
    1.2.2 分子系统发育的研究方法  21-23
    1.2.3 系统发育分析常用软件  23-25
  1.3 研究对象的分类学地位  25-30
    1.3.1 鲇形目鱼类分布  25
    1.3.2 鲇形目鱼类形态特征  25-26
    1.3.3 研究物种简介  26-29
    1.3.4 研究物种的分布  29-30
    1.3.5 研究物种的分类  30
  1.4 鲇形目系统发育研究进展  30-32
  1.5 本研究的目的意义  32-33
第二章黄颡鱼属四种鱼线粒体基因组克隆及序列分析  33-54
  2.1 材料  33-34
    2.1.1 样品来源  33
    2.1.2 主要仪器  33-34
    2.1.3 主要试剂  34
  2.2 方法  34-39
    2.2.1 DNA的提取与检测  34
    2.2.2 引物设计与合成  34-37
    2.2.3 PCR扩增与检测  37
    2.2.4 PCR产物回收与克隆测序  37-38
    2.2.5 测序结果分析  38-39
  2.3 结果  39-54
    2.3.1 鳍条DNA的提取及检测  39
    2.3.2 黄颡鱼线粒体基因组序列分析  39-43
    2.3.3 瓦氏黄颡鱼线粒体基因组序列分析  43-45
    2.3.4 光泽线黄颡鱼粒体基因组序列分析  45-50
    2.3.5 长须黄颡鱼线粒体基因组序列分析  50-54
第三章南方大口鲇和鲇线粒体基因组克隆及序列分析  54-64
  3.1 材料  54
    3.1.1 样品来源  54
    3.1.2 主要仪器  54
    3.1.3 主要试剂  54
  3.2 方法  54
    3.2.1 DNA的提取与检测  54
    3.2.2 引物设计与合成  54
    3.2.3 PCR扩增与产物回收  54
    3.2.4 PCR产物回收与克隆测序  54
  3.3 结果  54-64
    3.3.1 南方大口鲇线粒体基因组序列分析  54-60
    3.3.2 鲇线粒体基因组序列分析  60-64
第四章鲇形目20种鱼系统发育关系研究  64-93
  4.1 数据来源和组成  64-67
  4.2 数据集分析方法  67-68
    4.2.1 数据集序列组成分析  67
    4.2.2 系统发育信号检验  67-68
  4.3 系统发育树的构建  68
  4.4 结果与分析  68-93
    4.4.1 数据集序列组成  68-72
    4.4.2 碱基替换饱和性分析  72-73
    4.4.3 gl统计值检验  73-75
    4.4.4 20种鲇形目鱼类系统发育树的构建  75-93
第五章讨论与结论  93-101
  5.1 讨论  93-100
    5.1.1 线粒体基因组的基本特征  93
    5.1.2 蛋白质编码基因  93-94
    5.1.3 非编码区  94-95
    5.1.4 基因间隔区和重叠区  95
    5.1.5 不同数据集构建的系统发育树  95-97
    5.1.6 不同方法构建的系统发育树  97-98
    5.1.7 系统发育分析  98-100
  5.2 结论  100-101
    5.2.1 主要研究结果  100
    5.2.2 创新点  100
    5.2.3 不足之处  100-101
参考文献  101-110
附录  110-140
致谢  140-141
作者简介  141

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