浙江大學陳學新教授研究團隊關于昆蟲線粒體基因組進化及堿基組成偏向性機制等方面的研究取得了重要的新進展，這是我國科學家首次在昆蟲線粒體基因組這一基礎研究領域提出了新觀點，研究結果以浙江大學昆蟲科學研究所魏書軍為第一作者、陳學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、真菌等真核生物細胞中的重要細胞器，它具有自己的遺傳物質——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化、系統(tǒng)發(fā)育、種群遺傳學等研究。陳學新教授研究團隊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，完成了近二十個代表性種類的線粒體基因組的測序并重點從比較基因組學的角度系統(tǒng)探討了寄生蜂重要類群的進化方式，首次從結構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、控制基因組復制和轉錄的A+T富含區(qū)中調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個昆蟲線粒體基因組序列和RNA二級結構信息，構建了全變態(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。陳學新教授研究團隊對本實驗室測定和數(shù)據(jù)庫中獲得的共120個昆蟲的線粒體基因組用生物信息學的方法進行了對比和分析，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；進一步結合基因組復制起點的二級結構、基因排列以及線粒體復制和轉錄方式的分析，發(fā)現(xiàn)基因組復制起點的方向、基因的方向與堿基組成偏向性之間存在特有的關系，即G與C之間的相對含量與復制起點的方向相關，而A與T之間的相對含量因基因方向、復制起點方向以及密碼子位置的變化而改變，進而提出了線粒體基因組堿基組成偏向性產(chǎn)生的主要機制：復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，復制過程對線粒體基因組A和T含量的影響大于轉錄過程。這一新機制的提出從一個新的角度深化了對線粒體基因組的認識，研究結果不僅對今后更準確的使用線粒體基因組上的分子標記具有重要意義，而且對研究線粒體基因組復制和轉錄的機理具有重大參考價值。
該研究得到了國家杰出青年科學基金及國家自然科學基金等項目的資助。
（農(nóng)業(yè)與生物技術學院）
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