两种纺织娘线粒体基因组测定及分析

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本文基于L-PCR结合二次嵌套 PCR策略,对分布于我国的两种纺织娘——纺织娘Mecopoda elongata和日本纺织娘 Mecopoda niponensis,线粒体基因组进行了测定,并联合GenBank中收录的41种直翅目昆虫线粒体基因组数据,从比较基因组学角度,对两种纺织娘之间及其与其它直翅目昆虫之间在线粒体基因组组织结构、序列组成等各个方面的异同点进行了分析。获得以下结论:  1.纺织娘和日本纺织娘的线粒体基因组全序列的长度分别为15284 bp和15364 bp,均包括13个蛋白质编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因和1个A+T丰富区。所有编码基因的相对位置及转录方向与果蝇 Drosophilayakuba一致。  2.两种纺织娘的线粒体基因组均具有明显的碱基偏向性。其中,纺织娘 A+T含量为71.8%和日本纺织娘 A+T含量为72.4%。两者的A+T丰富区的A+T含量在其基因组的各个组分中均处于比较低的水平,这种现象在已报道的螽亚目昆虫中同样存在,这可能暗示高 A+T含量并不是 A+T丰富区的必要特征。  3.两种纺织娘的蛋白质编码基因的nad1和nad2以特殊的TTG作为起始密码子,cox1使用特殊起始密码子ATGA,其余的10种蛋白质编码基因均使用典型的ATN作为起始密码子。纺织娘的3个蛋白质编码基因(cox2、nad4和nad5)和日本纺织娘的4个蛋白质编码基因(cox2、nad4、nad5和Cytb)使用不完全的终止密码子T作为终止信号,其余蛋白质编码基因均使用完全终止密码子(TAA和TAG)作为终止信号。  4.两种纺织娘的蛋白质编码基因均存在极强的密码子偏向性和氨基酸偏向性,密码子NNU和NNA的使用频率较高。含量最高的四种氨基酸依次为亮氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸,这四种氨基酸约占总数的42.82%(纺织娘)和42.88%(日本纺织娘)。  5.与其他直翅目昆虫一样,除 trnSAGN具有缩短了的DHU臂外,其余的tRNA均能形成典型的三叶草结构。两种纺织娘的tRNA二级结构中均存在一定数目的碱基错配现象,且绝大多数为G-U错配,此现象在其他直翅目昆虫中同样存在,推测 G-U配对在线粒体基因组中很可能是一种正确的配对方式。  6.两种纺织娘的A+T丰富区比较短,分别为294 bp(纺织娘)与393 bp(日本纺织娘),在已报道的直翅目昆虫中,仅长于疑钩额螽 Ruspolia dubia(70 bp)。  7.纺织娘与日本纺织娘线粒体基因组存在较长的间隔序列,在trnA/trnR之间,分别长达63 bp与68 bp,在trnQ/trnM之间分别为55 bp和26 bp,在trnSUCN/nad1之间均为21 bp。最长的重叠区域在trnC/trnW之间,均重叠8 bp,在atp8/atp6,nad4L/nad4L之间均重叠7 bp。统计已报道的直翅目昆虫线粒体基因组序列发现:trnSUCN与nad1之间通常有一个较长的基因间隔序列,多数长度约为20 bp,而这些间隔序列之间没有明显的同源性;在atp8/atp6和nad4/nad4L基因对间存在的7 bp重叠序列非常保守。
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