杂交龟类mtDNA的异质性及其重组的研究

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长期以来,动物线粒体DNA(mtDNA)作为一种重要的分子标记被广泛应用于谱系地理学,种群遗传学,系统发生学等众多领域,之所以频繁的使用线粒体 DNA作为分子标记,主要是由于mtDNA的遗传方式为严格的母系遗传并且各mtDNA分子之间缺乏重组,这种遗传方式使mtDNA有着单一的进化历程,可以较为准确的追踪物种的进化历史;其次是由于线粒体DNA进化速率相比于核基因较快,可以区分亲缘关系较近的物种之间的关系,且基因组较小易于扩增。然而,自从在线虫中发现第一例动物线粒体DNA重组的证据以来,越来越多的研究者开始注意对动物mtDNA重组检测的研究。近十几年来,动物mtDNA重组的直接证据在多种动物中被报道,包括低等生物和一些高等生物,例如马铃薯胞囊线虫(Globodera pallida),比目鱼(Platichthys flesus),鲫鱼(Carassius auratus),远东蛇蝎(Mesobuthus gibbosus),平胸龟(Platysternon megacephalum),菲律宾犀鸟(Aceros waldeni,Penelopides panini),澳大利亚蜥蜴(Chlamydosaurus kingii),大马哈鱼(Salmo salar),人(homo)等。除了以上的直接证据以外,一些其他的间接证据也表明动物 mtDNA存在重组,包括mtDNA的异质性、重组所需的相关酶系、单链结合蛋白以及重组中间产物的发现。此外,人为诱导mtDNA的断裂实验也表明动物mtDNA存在重组。越来越多的直接和间接证据的发现也增加了研究者对线粒体DNA是否存在重组的质疑。目前所发现的重组中,父系渗漏是产生mtNDA异质性继而导致重组发生最可能的途径之一(或者是与同质性的线粒体DNA相比,异质性使重组易于检测),且有研究表明mtDNA的异质性可以促进重组的发生。线粒体DNA的异质性已经在多种动物中有所发现,且多数是在近缘物种的接触重叠区,但是在淡水龟科中尚未报道。长期以来,贸易活动的频繁,加剧了淡水龟基因渗入和杂交现象,淡水龟科中已有19个杂交物种被记载,其中包括亲缘关系较远的世系,此外,淡水龟科物种间的生殖隔离较弱,随之而来的杂交种发生基因渗漏的可能性很大。基于此,本课题探究在淡水龟科的杂交龟中是否也存在mtDNA的异质性以及随后可能发生的重组,以期为脊椎动物mtDNA的重组提供直接的证据。  本研究选取两只杂交特征明显的龟作实验样本,设计可以覆盖其全序列的引物,对mtDNA全序列进行测序(Long-PCR)。在对其中一只杂交龟WH-A的控制区进行扩增时,我们偶然发现其控制区存在异常,其扩增产物片段大小(1000bp)明显小于预期(1700bp)。为了确定扩增发现的片段是重组还是线粒体假基因,本研究设计两个新的实验对扩增的片段进行了进一步的研究,之后在RDP软件中使用5种检测方法对此片段进行了重组检测并在MEGA软件中使用最大似然法进行了系统发生关系分析,最后我们对此片段进行了序列特征分析。实验结果表明:在杂交龟个体WH-A的细胞中存在两种线粒体DNA单倍型:HapT-A,HapT-B;重组检测结果表明,5种重组检测方法都显著性的支持线粒体单倍型HapT-A是一个重组嵌合分子,推测的序列断点位于15250与60位点,其大部分的mtDNA序列与乌龟的相似而小部分的序列与花龟相似;系统发生关系结果表明,在重组区域HapT-A与花龟聚类在一起,而在非重组区域则与乌龟聚类在一起,这一结果与RDP检测结果相对应。重组序列特征分析也表明,在控制区末端的300bp,HapT-A的序列与花龟的完全一致,且与花龟的序列相比存在一个短的Delete区。线粒体DNA的异质性在杂交动物中已经有所报道,本研究通过对杂交特征明显的龟的全序列进行测序,首次证明在淡水龟科的杂交龟中同样存在着线粒体DNA的异质性,这为杂交动物由于父系渗漏现象导致线粒体DNA的异质性提供了直接的证据。同时,重组检测表明杂交龟 WH-A个体的HapT-A单倍型是由一种重组嵌合分子,这种嵌合分子的发现也为杂交动物由于父系渗漏导致线粒体DNA的异质性继而导致线粒体DNA的重组提供了直接的证据。
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