冠鲽科（Samaridae）鱼类线粒体基因重排及多种环型基因组并存现象的研究

In mitochondrial genomics, it is important but difficult to clarify the gene rearrangement and its molecular evolution mechanism by way of comparative genomics. As a rule, there is only one genome in teleost mitochondrion, and the arrangement of these genes in most teleost mitogenomes is stable and conservative, that is, with rare rearrangement. Any finding of gene rearrangement in the teleost mitogenome can provide key information for this research area. During the sequencing of mitochondrial DNA fragments of samarid fishes, we found a variety of rearrangement information including not only the translocation of genes coding for tRNAs and proteins, but also the duplication of tRNA genes and the control region. This is a very rare case in teleost fishes. On the other hand, there may be not only one genome in the mitochondrion because we found there may be an extra small circular DNA. This has never been reported in vertebrates before. It is necessary to determine the complete sequence of the mitogenome of samarid fishes, which could determine whether the mitochondrion of samarid fishes has two cyclic genomes, and whether the mito-gene was rearranged, moreover, could contribute to reveal the patterns of mitogenome evolution.

硬骨鱼类线粒体通常只有一套基因组，绝大部分硬骨鱼线粒体基因排序比较稳定和保守，发生重排的硬骨鱼类十分稀少。通过比较基因组学解析物种线粒体基因重排及其分子进化机制一直是线粒体基因组学的研究重点和难点，发现基因重排的硬骨鱼类能为研究该领域提供重要和关键的信息。对冠鲽类的线粒体DNA片段测序发现其线粒体基因组含有丰富的重排信息，不仅有tRNA基因和蛋白质编码基因的重排，还存在tRNA基因和控制区的重复。如此丰富的基因重排信息量在硬骨鱼类中是非常稀少的。除此之外，我们还发现冠鲽类线粒体内可能存在不止一套基因组，非常可能还存在另外一个小型的环状分子，这在脊椎动物中还未有过报道。因此，有必要利用PCR和克隆技术完整测定冠鲽科鱼类线粒体基因组全序列，以确定冠鲽类线粒体是否有两套基因组、基因是否发生重排，并有助于阐明线粒体基因重排的分子机制。

采集了国内30多个地区的样品，通过形态学辨别和鱼类的线粒体片段COI、16S rRNA和控制区序列构建系统发育树相结合的方法确认采集物种的有效性，然后利用PCR，克隆等分子手段已获得冠鲽科3个物种及外类群舌鳎科2个物种、鲆科5个物种的线粒体基因全序列。.首次发现冠鲽科物种的特有的重排现象。与其它大部分硬骨鱼类相比，冠鲽科线粒体基因的排列次序发生了较大的变异，不仅有蛋白质编码基因的重排，还发现tRNA基因和控制区的重复。在此基础上对冠鲽科鱼类线粒体基因全序列结构特征，重排特点以及重排机制做了深入的分析与研究。在研究冠鲽科内部的重排信息的基础上，我们还进一步选取并测定发生基因重排的外类群的线粒体全序列来比较分析解释冠鲽科内部的基因重排特征与机制。. 最终我们提出了一个“Double Replications and Random Loss”（DRRL）模型来解释冠鲽科满月沙鲽(Samariscus latus)与斜颌鲽(Plagiopsetta glossa)线粒体全序列中发现的基因重排的现象。首先是控制区的复制与位移；随后，由于复制在两个控制区的不同复制起始位点处成功起始导致线粒体基因组两个控制区之间基因的重复；最后，重复复制的基因随机的丢失，最终形成了冠鲽科满月沙鲽与斜颌鲽线粒体全序列中基因现在的排列顺序。. 在研究冠鲽科鱼类线粒体基因重排的的基础上，提出用类似复制-非随机丢失重排机制(TDNL)来解释鲆科五种鱼类的线粒体基因重排现象。首先，两个单体首尾相连构成一个二聚体，两个启动子其中的一个失去功能，该失效的启动子控制的基因随后退化成假基因，非编码区，并最终消失。我们又提出用复制随机丢失(TDRL)这一重排机制来解释东方无线鳎（Symphurus orientalis）的基因重排现象。控制区和 tRNA-N之间的基因重复复制并随机丢失，形成该基因排列顺序。. 以上工作不仅将丰富鱼类线粒体基因数据库，也将为整个鲽形目鱼类的进化研究提供有用的信息。. 发表了SCI论文6篇，其中生物二区论文两篇，三区论文两篇，四区SCI论文两篇。培养硕士生2名，毕业一名。