青藏高原蝗虫线粒体基因组比较分析与适应性进化

Mitochondria is the only carrier of extranuclear genetic information in animal and provides up to 95% of eukaryotic cell energy.Mitochongdrial oxidative phosphorylation generates not only heat but also adenosine triphosphate(ATP),which directly provides free energy for locomotion.Informed research showed that genes involved in energy metabolism were targets of natural selection,the functional constrains which produced for locomotion were the significant factor of mitochondrial DNA evolution. Well then,among insects which have flight ability or not, mitochondrial genes should be faced with what kinds of natural selection pressure and how adapt and evolve?.In this study, we focus on sequencing the mitochondrial genomes of endemic species from Qinghai-Xizang Plateau, especially apterous or retrogression of wings grasshoppers, based on comparative analysis, by using the principle and methods of molecular systematics and bioinformatics, to open out the characters of the complete nucleotide sequences of the mitochondrial genomes of the key and endemic species and discuss molecular mechanism of adaptability evolution of grasshopper from Qinghai-Xizang Plateau,it has important significance of original science innovation and science value.

线粒体DNA是动物体内唯一存在的核外遗传信息载体，提供了真核生物所需95%的能量，线粒体的氧化磷酸化作用除了产生热量之外还产生直接为运动提供自由能的ATP，已有的研究表明，与能量代谢有关的基因是自然选择的靶目标，因运动而产生的功能限制也是线粒体DNA进化的重要因素，那么，在具飞行能力和丧失飞行能力的昆虫中，线粒体基因又面临着怎样的选择压力、如何适应进化呢？本项目选择青藏高原蝗虫特有种，特别是无翅、翅退化种类进行线粒体基因组序列测定，结合已发表的序列进行比较分析，运用分子系统学和生物信息学原理和方法，揭示其线粒体基因组特征及其适应性进化，进一步从分子水平上探讨青藏高原蝗虫适应性进化的分子机理，具有重要的原始创新意义和科学价值。

本项目选择青藏高原蝗虫特有种，特别是无翅、翅退化种类进行线粒体基因组序列测定，结合已发表的序列进行比较分析，运用分子系统学和生物信息学原理和方法，揭示其线粒体基因组特征及其适应性进化，进一步从分子水平上探讨青藏高原蝗虫适应性进化的分子机理，具有重要的原始创新意义和科学价值。. 本项目测定了直翅目4总科10科30种蝗虫线粒体基因组全序列，无翅种类3种，翅退化（侧置）13种，翅发达14种，其中青藏高原分布10种。. 基于12种青藏高原类群和18种现已测定的国内其他地区蝗虫种类，对青藏高原蝗虫线粒体基因组的适应性进化进行了初步探讨。NVR和AAVR分析表明，nad2、atp8和nad6极有可能是蝗虫线粒体基因组参与适应性进化的遗传基础；Ka/Ks分析显示cob、nad2、nad3、nad5、nad4和nad1进化速率较快，可能在高原适应性过程中受到了选择。. 与蝗虫适应性进化相关基因：cox1、nad3、cox3、nad2。就14种斑腿蝗科昆虫而言，其Ka/Ks值出现cox1>nad3>cox3>nad2的结果。在善飞蝗虫类群中cox3基因的Ka/Ks值最大，其次为nad2基因、atp8基因以及nad4基因，呈现cox3>nad2>atp8>nad4。而在不善飞类群中nad3基因的ka/ks 值超过了1，出现nad3>1>nad2>nad6>atp8 的走势。. 基于2种飞蝗亚科、2种斑翅蝗亚科、4种异痂蝗亚科和6种痂蝗亚科共14蝗虫的线粒体蛋白编码基因构建系统发育树，结果表明，不支持将异痂蝗属从痂蝗亚科中分出并建立新亚科，而是倾向于将异痂蝗属放在痂蝗亚科之下。