浙江大學(xué)陳學(xué)新教授研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于昆蟲線粒體基因組進(jìn)化及堿基組成偏向性機(jī)制等方面的研究取得了重要的新進(jìn)展，這是我國科學(xué)家首次在昆蟲線粒體基因組這一基礎(chǔ)研究領(lǐng)域提出了新觀點(diǎn)，研究結(jié)果以浙江大學(xué)昆蟲科學(xué)研究所魏書軍為第一作者、陳學(xué)新為通訊作者刊登在2010年6月11日出版的BMC Genomics和2010年9月15日出版的PLoS ONE雜志上。
線粒體是動物、植物、真菌等真核生物細(xì)胞中的重要細(xì)胞器，它具有自己的遺傳物質(zhì)——線粒體基因組。線粒體基因組以及所編碼的基因被廣泛用于進(jìn)化、系統(tǒng)發(fā)育、種群遺傳學(xué)等研究。陳學(xué)新教授研究團(tuán)隊(duì)在國際上較早地開展了膜翅目昆蟲線粒體基因組大規(guī)模測序和進(jìn)化研究，攻克了長期以來寄生性膜翅目昆蟲粒體基因組因AT含量特高而難以完全測序的難關(guān)，完成了近二十個(gè)代表性種類的線粒體基因組的測序并重點(diǎn)從比較基因組學(xué)的角度系統(tǒng)探討了寄生蜂重要類群的進(jìn)化方式，首次從結(jié)構(gòu)上證明了昆蟲線粒體A+T控制區(qū)顛倒的現(xiàn)象；對堿基組成偏向性、控制基因組復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的A+T富含區(qū)中調(diào)控元件等的分析表明，A+T富含區(qū)的倒置是繭蜂科種類（一類重要的寄生性天敵）的共有衍征；利用69個(gè)昆蟲線粒體基因組序列和RNA二級結(jié)構(gòu)信息，構(gòu)建了全變態(tài)類昆蟲各目之間及繭蜂科主要亞科間的分子系統(tǒng)發(fā)育樹，揭示了膜翅目及蚜繭蜂等類群在昆蟲進(jìn)化中的系統(tǒng)地位。
昆蟲線粒體基因組中四種堿基（A、T、C、G）的組成比例并不均衡，即“堿基組成偏向性”，堿基A和T的含量高于G和C，而且大多數(shù)昆蟲線粒體基因組上A的含量高于T，C的含量高于G。陳學(xué)新教授研究團(tuán)隊(duì)對本實(shí)驗(yàn)室測定和數(shù)據(jù)庫中獲得的共120個(gè)昆蟲的線粒體基因組用生物信息學(xué)的方法進(jìn)行了對比和分析，首次發(fā)現(xiàn)昆蟲中膜翅目繭蜂科、長角羽虱科（寄生鳥類的虱子）和粉虱科（一類重要的害蟲）三個(gè)類群的線粒體基因組中A的含量低于T，C的含量低于G，也就是說這三個(gè)類群的線粒體基因組堿基組成偏向性與大多數(shù)昆蟲相比發(fā)生了顛倒；進(jìn)一步結(jié)合基因組復(fù)制起點(diǎn)的二級結(jié)構(gòu)、基因排列以及線粒體復(fù)制和轉(zhuǎn)錄方式的分析，發(fā)現(xiàn)基因組復(fù)制起點(diǎn)的方向、基因的方向與堿基組成偏向性之間存在特有的關(guān)系，即G與C之間的相對含量與復(fù)制起點(diǎn)的方向相關(guān)，而A與T之間的相對含量因基因方向、復(fù)制起點(diǎn)方向以及密碼子位置的變化而改變，進(jìn)而提出了線粒體基因組堿基組成偏向性產(chǎn)生的主要機(jī)制：復(fù)制過程中處于單鏈狀態(tài)的DNA的脫氨基化作用是造成G和C之間相對含量變化的主要原因，復(fù)制過程對線粒體基因組A和T含量的影響大于轉(zhuǎn)錄過程。這一新機(jī)制的提出從一個(gè)新的角度深化了對線粒體基因組的認(rèn)識，研究結(jié)果不僅對今后更準(zhǔn)確的使用線粒體基因組上的分子標(biāo)記具有重要意義，而且對研究線粒體基因組復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的機(jī)理具有重大參考價(jià)值。
該研究得到了國家杰出青年科學(xué)基金及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
（農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院）
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