直翅目昆蟲的比較及進化線粒體轉錄組學研究

《直翅目昆蟲的比較及進化線粒體轉錄組學研究》是依託陝西師範大學，由黃原擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：直翅目昆蟲的比較及進化線粒體轉錄組學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃原
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

採用基於454高通量測序技術的深度轉錄組測序方法和 RT-PCR實驗驗證方法，構建已知線粒體基因組序列的6種直翅目昆蟲線粒體基因組轉錄圖譜，獲得線粒體初級轉錄本、成熟轉錄本和轉錄剪接中間產物的信息，據此研究直翅目昆蟲線粒體轉錄組特徵、轉錄變異及轉錄調控特徵的進化，並解決直翅目昆蟲線粒體基因組注釋過程存在的多順反子轉錄單位的數目、起始與終止部位，部分蛋白質基因的起始密碼子和終止密碼子，lrRNA和srRNA的起始與終止位置等問題；同時，從6種昆蟲的核轉錄組數據聚類獲得的單位基因序列數據中，進行直翅目昆蟲的譜系基因組學研究，構建建立穩健的直翅目2亞目4總科之間的系統發育關係。本項目是首次對昆蟲綱一個目的主要代表類群的線粒體基因組進行詳細的轉錄組的比較及進化研究，項目研究成果線上粒體基因組、轉錄組和譜系基因組學等領域具有重要意義。

結題摘要

線粒體基因組被廣泛套用於進化生物學研究中，然而採用生物信息學方法注釋線粒體基因組存在許多問題。基因組注釋中遇到的這些問題都必須通過實驗的方法解決，其中最直接的方法就是線粒體轉錄本作圖。本項目完成了中華稻蝗、中華蚱蜢、短額負蝗、東方螻蛄、黃臉油葫蘆和黑脛鉤額螽成蟲和3-4齡若蟲轉錄組的測定和分析，並對其中的線粒體轉錄本進行了系統地分析，獲得的主要結果如下：1. 確定了線粒體初級轉錄本和轉錄起始位置：通過對6種直翅目昆蟲全線粒體轉錄物作圖發現線粒體基因組有5個大的初級轉錄單元，初級轉錄本對線粒體基因組的覆蓋度很高（平均95%左右）。J鏈有2個轉錄起點，N鏈有3個轉錄起點。2. 線粒體基因組各基因的邊界確定：線粒體轉錄本可以拼接出44個mtUnigene，其中有9個覆蓋到基因邊界區域。兩對重疊基因ATP8/ATP6和ND4/ND4L分別存在一個轉錄本中；COX3基因、tRNA-Gly和ND3基因存在於一個轉錄本中；ND1和tRNA-Ser基因存在於一個轉錄單位中；COX1基因的起始密碼子為非常規的；ND2、COX1、COX2、ND5的不完全終止密碼子可能在tRNA加工過程中由多聚腺苷酸加尾過程完善。3. 線粒體基因組各個基因的相對表達量：線上粒體基因組中，所有物種的rRNA基因的轉錄效率高於蛋白編碼基因，13種蛋白編碼基因存在異質性表達。蛋白編碼基因中，COI 在雌、雄成蟲中的表達水平均是最高的，其次是COX3、ATP6、CYTB、COX2等，ND5、ATP8、ND1、ND4L、ND6等基因reads覆蓋度最低。13個蛋白質編碼基因中，編碼在J鏈上的基因往往具有較高的覆蓋度，而N鏈編碼的基因覆蓋度較低。4. 直翅目昆蟲雌雄成蟲線粒體轉錄組的比較：直翅目昆蟲的雌、雄成蟲線粒體基因組的表達模式及表達量變化趨勢在整體上是一致的，但雌性成蟲線粒體轉錄活動明顯高於雄性成蟲線粒體轉錄活動。5. 直翅目昆蟲雌雄成蟲和若蟲線粒體轉錄組的比較：直翅目昆蟲的的若蟲和雌性或雄性成蟲的線粒體蛋白編碼基因和核糖體RNA基因轉錄表達模式基本一致，但若蟲線粒體轉錄活動明顯高於雌雄性成蟲。