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蝗总科昆虫基因组大小进化探究

2020-12-08阅读(728)

蝗总科昆虫基因组大小进化探究

论文摘要

C值悖论,即物种的DNA含量不与生物结构的复杂性成正比,是一个长期困扰演化生物学家的问题。科学家们一直在努力探究细胞核DNA含量的决定因素,以及可能的演化趋势。虽然越来越多的全基因组序列数据的积累,使得我们对基因组机制上如何变化有了更细致的认识,但是这些变化在进化历史上是否有方向性、受什么因素影响和驱动都是仍待回答的问题。要回答这些问题,离不开物种基因组大小数据的积累。蝗总科昆虫（Orthoptera:Acridoidea）在昆虫中以大型基因组而“闻名”,动物基因组大小数据库发现最大的蝗虫基因组高达16.93pg。而且这个类群隶属的直翅目的基因组大小变异程度是昆虫中最大的,范围在1.55-16.93pg之间。蝗总科是研究基因组大小进化的一个很好的模式类群。目前动物基因组大小数据库中有只有39种蝗虫的基因组大小数据,故数据库急需补充。本研究首先对动物基因组大小数据库（Animal Genome Size Database）进行数据挖掘,分析测定基因组大小方法的趋势,发现用Feulgen光密度图像分析法和流式细胞术是目前两大主流方法,尤其是后者的准确性和便捷性使其被广泛应用。所以,本研究采用流式细胞术测定了 45个蝗总科物种的基因组大小;通过二代测序获得了其中12个物种全线粒体基因组序列,并进行了组装和注释;结合NCBI数据和其他本地数据,利用编码蛋白序列重建了 47个蝗总科物种的系统发生树;使用系统发育比较方法分析基因组大小的系统发育信号以及和物种形态之间的关系。主要结果如下:1.我们发现了多个蝗虫物种有超大基因组,其中长翅痂蝗Bryodema dolichopterum超过了现有数据库中的最大值（17.17pg）。证明前期工作中发现的大基因组物种并非是一两个特别物种,而且从系统发育关系上,超大基因组的产生可能是一个在蝗虫进化历史上出现多次的现象。2.蝗总科不同的亚科之间基因组大小变异幅度差别很大。其中斑翅蝗科的变异最大,涵盖了蝗总科目前已知的最大和最小的基因组。剑角蝗科的C值平均水平最高,平均值为13.1pg。而其他亚科的C值低,变异更小,当然也有些因为物种数量的限制,可能没有体现出整个亚科的变异范围。3.从现有数据看,物种内部的变异普遍较种间差异小,除中华稻蝗（种内偏差2.76pg）以外都是在1pg以内。4.基因组大小有强烈的系统发育信号,表明进化历史对物种的基因组大小有决定性影响。5.对蝗虫的形态数据分析并未发现与C值显著相关的性状,更深入一步的研究有必要挖掘物种其他生理生态的特征。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 前言
  •   1.1 基因组大小进化的研究意义
  •     1.1.1 C值之谜
  •     1.1.2 已知基因组大小的变异
  •     1.1.3 基因组大小进化的研究现状
  •   1.2 蝗总科基因组大小演化的研究价值
  •   1.3 基因组大小测定方法研究进展
  •     1.3.1 Feulgen光密度图像测定法
  •     1.3.2 流式细胞术测基因组大小
  •     1.3.3 qPCR测基因组大小
  •     1.3.4 Kmer估计基因组大小
  •     1.3.5 全基因组测序获得基因组大小
  •   1.4 系统发育比较方法研究基因组大小进化
  •     1.4.1 系统发育比较方法
  •     1.4.2 蝗总科系统发育树
  •   1.5 研究意义总结
  • 第2章 实验材料及方法
  •   2.1 流式细胞术测定基因组大小
  •     2.1.1 实验材料
  •     2.1.2 物种鉴定
  •     2.1.3 实验试剂及仪器
  •     2.1.4 实验操作流程
  •     2.1.5 流式细胞仪分析流程
  •     2.1.6 基因组大小的计算
  •   2.2 线粒体DNA的提取、组装及注释
  •     2.2.1 实验材料
  •     2.2.2 实验试剂及试剂
  •     2.2.3 总DNA的提取及检测
  •     2.2.4 线粒体DNA组装及注释
  •   2.3 系统发育分析
  •   2.4 系统发育比较分析
  •     2.4.1 蝗总科昆虫形态特征主成分分析
  •     2.4.2 蝗总科昆虫C值与形态分析
  •     2.4.3 蝗总科昆虫系统发育信号λ分析
  •     2.4.4 蝗总科昆虫系统发育信号K值分析
  • 第3章 研究结果分析与讨论
  •   3.1 三种测定C值实验方法的使用趋势分析
  •   3.2 流式细胞仪测定蝗虫基因组大小结果分析与讨论
  •     3.2.1 蝗总科昆虫基因组大小结果
  •   3.3 蝗总科昆虫系统发育及信号分析
  •   3.4 蝗总科昆虫形态特征分析
  •     3.4.1 蝗总科昆虫形态特征主成分分析
  •     3.4.2 蝗总科昆虫形态特征与系统发育相关性分析
  •     3.4.3 蝗总科昆虫形态特征与C值相关性分析
  • 第4章 结论
  • 参考文献
  • 附表
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 孙阔

    导师: 黄华腾

    关键词: 蝗总科,基因组大小进化,比较系统发育学,线粒体全基因组

    来源: 陕西师范大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 生物学

    单位: 陕西师范大学

    分类号: Q963

    DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.001143

    总页数: 61

    文件大小: 3343K

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