帚状江蓠质体UPA和线粒体COⅠ基因的序列比较及其系统进化分析.pdf
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1、文章编号:()帚状江蓠质体 和线粒体 基因的序列比较及其系统进化分析收稿日期:基金项目:农业农村部财政专项();广东省自然科学基金();广州市农村科技特派员项目();中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目();中国水产科学研究院科技创新团队项目()作者简介:徐瑞(),女,河南信阳人,硕士研究生,研究方向为水产种质资源保护。:通信作者:王芸,副研究员。:徐瑞,陈素文,段亚飞,张文文,王臖,周传朋,王芸(上海海洋大学水产与生命学院,上海 ;中国水产科学研究院南海水产研究所,农业农村部水产品加工重点实验室,广州 )摘要:为研究海南省帚状江蓠()野生群体的种质资源、遗传多样性状况及红藻门物种间
2、亲缘关系,采集海南省文昌和莺歌海潮间带的野生帚状江蓠,采用 扩增获得帚状江蓠质体 基因片段(质体 区域)和线粒体 基因片段,分别对其进行序列比较及系统进化分析。结果表明,基因片段 、的含量分别为 、;基因片段 、的含量分别为 、;和 基因片段的 的平均含量分别为 和 。基因片段长度为 ,共检测出 种单倍型,无多态性位点;基因片段长度为 ,共检测出 种单倍型,个多态性位点,均为简约信息位点。与 基因相比,基因具有更高的变异度,更适合用于帚状江蓠遗传多样性的分析。基于 和 基因片段对帚状江蓠进行系统进化分析,两者结果一致,结合形态学分析表明,帚状江蓠应是江蓠属内独立的分支。关键词:帚状江蓠;基因;
3、基因;序列分析;系统进化分析中图分类号:文献标志码:帚状江蓠(),隶属于红藻门(),江 蓠 目(),江 蓠 科(),江蓠属,是一种主要分布于海南省和广东省沿海的大型海藻 。帚状江蓠不仅具有改善水体环境、修复生态系统的功能 ,且富含海藻多糖、藻胶、多种氨基酸和微量元素,是生产工业琼胶和制作水产动物饵料的重要原料 。最新研究表明,帚状江蓠提取物在抗菌和抑制肿瘤细胞增殖等 医 学 领 域 亦 发 挥 作用 。目前获得帚状江蓠的途径主要依靠捕捞野生资源,因此,为了实现帚状江蓠种质资源的可持续利用,需要开展帚状江蓠种质资源的鉴定评价与遗传多样性分析。质体基因组和线粒体基因组具有细胞质基质基因组单系遗传和
4、克隆进化的特征,在植物群体遗传学研究中应用广泛 。其中,质体 基因(质体 区域)作为通用扩增子,具有通用性强、扩增率高等特点,在大型海藻的分子鉴定中常被选为候选标记 。线粒体 基因片段具有母系遗传、进化速度快的特点 ,已被公认为是有效区分不同动物物种的 条形码标准区域 ,作为海洋红藻的 条形码,可以用于区分亲缘关系相近的物种和种内群体的生物地理亚群 。本研究采集了海南省文昌和莺歌海潮间带的野生帚状江蓠,对其质体 基因片段和线粒体 基因片段进行第 期徐瑞,等:帚状江蓠质体 和线粒体 基因的序列比较及其系统进化分析了序列分析,并结合 数据库中红藻门其他藻类的 和 序列,从分子水平上对其遗传距离与系
5、统进化进行分析,以期为帚状江蓠种质鉴定和系统进化研究提供基础数据。材料与方法 实验材料帚状江蓠样品于 年 月采自海南文昌和莺歌海近海潮间带,采集 株整株藻体,活体运回实验室,取藻体幼嫩茎叶组织置于 乙醇,保存,以待后续提取 。的提取与 扩增测序取出 乙醇中保存的帚状江蓠茎叶组织吸干水分(约 ),采用液氮研磨和吸附柱法提取样品 ,试剂盒选用广州迈宝瑞生物科技有限公司的磁珠法植物 提取试剂盒。提取的 经 琼脂糖凝胶电泳和核酸定量仪检测后于 保存。以帚状江蓠基因组 为模板,进行 基因片段和 基因片段的扩增,引物的选择参照文献 和文献 (表 )。引物 和 在红藻门中具有较好的扩增效果,目前已在红藻门和
6、绿藻门中成功扩增多个物种 ,;基因选用的引物 和 是目前红藻门、褐藻门藻类最常用的引物 。引物购自上海生工生物工程股份有限公司,试剂购自艾科瑞生物工程有限公司,反应体系参照试剂说明。将经琼脂糖凝胶电泳检验过有明亮清晰条带的产物送往上海生工生物工程股份有限公司进行纯化回收测序。为避免测序机器测量误差及确保 产物为目的基因扩增产物,每个样品做两个平行,送两管 产物进行测序。序列分析使用 程序对测序数据进行峰图校正和序列拼接,通过 比对确定所获得序列为目的基因片段,利用 进行序列比对并去除引物两端序列,获得完整目的基因序列。利用 计算序列核苷酸多样性指数和单倍型多样性指数,并用 计算序列碱基组成,基
7、于 模型计算帚状江蓠种内和种间遗传距离,利用邻接法()构建系统进化树,设置为 次重复 。结果与分析 序列组成分析帚状江蓠 和 基因片段 产物经测序拼接后,通过与 数据库进行 比对,确认所得序列为江蓠的 和 基因片段。利用 软件进行序列比对,删去测序不准确的序列,分别得到 的 基因片段和 的 基因片段。个帚状江蓠样品的 基因片段共检测到 种单倍型,无多态性位点,碱基 、和的 平 均 含 量 分 别 为 、和 。个帚状江蓠样品的 基因片段共检测到 种单倍型(、),个多态性位点,均为简约信息位点,其中转换位点 个,均为 转换,分别在第 和第 位点,颠换位点 个,为 颠换,位于第 位点,转换颠换比值为
8、 (表 )。序列无缺失和插入位点;碱基 、和 的平均含量分 别 为 、和 ,与其他藻类的碱基组成研究结果一致 。利用 软件对帚状江蓠 和 基因片段的遗传多样性参数进行统计(表)。其中,基因只有 种单倍型,各项遗传多样性参数均为 ,基因片段的遗传多样性参数均低于 基因片段,说明 基因片段比 基因片段更保守。表 本实验所用引物序列及反应程序 基因 引物名称 引物序列()反应程序 预变性 ;变性 ,退火 ,延伸 ,个循环;延伸 ;保存 预变性 ;变性 ,退火 ,延伸 ,个循环;延伸 ;保存海洋渔业 年 基于 基因的遗传距离与系统进化分析从 中选择 种红藻的 序列作为外群物种的 序列,包含江蓠属、角叉
9、菜属()、海 头 红 属()、沙 菜 属()、蜈 蚣 藻 属()、石 花 菜 属()和仙菜属()共 个属。外群物种的序列信息见表 ,个外群物种的 基因序列碱基含量差异不大,相同属的碱基含量则更为接近。基于 模型,计算得到 扩增帚状江蓠 基因序列的 种单倍型与 种外群物种 序列的遗传距离(表 )。江蓠属中,伞房江蓠()与扁江蓠()遗传距离最近,为 ;帚状江蓠与真江蓠()遗传距离最 远,为 。种 藻 类 中,石 花 菜()和 细 毛 石 花 菜()遗传距离最近,为 ,真江蓠与细毛石花菜遗传距离最远,为 。不同属间,海头红属与沙菜属间遗传距离最近,江蓠属和石花菜属间遗传距离最远。邻接法构建的 种红藻
10、的 基因系统进化树(图 )显示,伞房江蓠与扁江蓠先汇为一支,真江蓠和缢江蓠()先汇为一支,这二支汇聚后再与帚状江蓠汇聚,最后再与龙须菜()汇聚为江蓠属。沙菜属、仙菜属和石花菜属首先分别聚为一支,随后,石花菜属与仙菜属汇为一支,沙菜属与海头红汇为一支,蜈蚣藻属和角叉菜汇为一支,最后与江蓠属汇聚。基于 基因的遗传距离与系统进化分析从 中选择 种红藻的 序列作为外群物种的 序列,包含江蓠属、角叉菜属、海头红属、沙菜属、蜈蚣藻属、石花菜属和仙菜属共 个属。外群物种的序列信息见表 ,个外群物种的 基因序列碱基含量差异不大。含量显著高于 ,相同属藻类的碱基含量更为接近。基于 模型,计算得到 扩增的帚状江蓠
11、 基因序列的 种单倍型(、)与 种外群物种 序列的遗传距离(表 ),帚状江蓠 种单倍型的遗传距离为 。江蓠属中,缢江蓠和伞房江蓠遗传距离最近,为 ,扁江蓠和龙须菜遗传距离最远,为 。种藻类中,带型蜈蚣藻和蜈蚣藻间遗传距 离 最 近,为 ;扁 江 蓠 和 三 叉 仙 菜()遗传距离最远,为 。不同属间,江蓠属与仙菜属遗传距离最远,海头红属和角叉菜属遗传距离最近。邻接法构建的 种红藻的 基因系统进化树(图 )显示,伞房江蓠和扁江蓠先汇为一支,真江蓠和缢江蓠分别独立为一支,帚状江蓠的 种单倍型聚在一起成一支,这 种江蓠汇聚后再与龙须菜汇为江蓠属。石花菜属、蜈蚣藻属、海头红、角叉菜、沙菜属和仙菜属先各
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