DNA 序列分析在无脊椎动物分类中的应用1
1 DNA 序列分析在无脊椎动物分类中的应用
周剑君，王丹丽，徐善良，孙 雪 宁波大学生命科
学与生物工程学院，浙江宁波 (315211) E-
mail:gg5516@163.com
摘 要:本文介绍了无脊椎动物线粒体和核糖体中用于分类的常见基因，并概述了其在无脊椎动物分类中的应用，提出了种及种级以上的分类适合用线粒体中 Cytb 基 因，16SrRNA 基因，COI 基因和核糖体 18SrRNA 基因，而在种级水平和种下分类鉴定 上适合应用线粒体中 D-loop 基因序列和核糖体基因间隔序列。
关键词:无脊椎动物，线粒体，核糖体，分子分类学
中图分类号:Q7
无脊椎动物(Invertebrata)是背侧没有脊柱的动物，其种类数占动物总种类数的 95%。 由于无脊椎动物的一些特殊的生理活动和生活习性，使得人们对它的分类存在重重困难。八 十年代之前对无脊椎动物的分类主要是采用传统的分类方法，即形态学分类，而后随着生物 化学，分子生物学的兴起，对无脊椎动物的分类方法更加完善，对一些形态特征的相似的无 脊椎动物能更好的分析，并确定其分类地位。而在现今研究中，越来越离不开分子手段的相 辅。目前，无脊椎动物的分子生物学分类方法，主要从染色体、蛋白质、核酸方面入手，运 用核型分析、同工酶电泳、原位杂交、酶切片段分析及序列测定等技术。
DNA 序列可准确的从基因水平上反映物种的遗传信息，通过比较不同类群个体同源核 酸的核苷酸排列顺序,研究样品的遗传变异水平。近年来，DNA 序列分析已被广泛应用于无 脊椎动物的分子分类学研究领域。在无脊椎动物中，常用来分类主要是 mtDNA 和核糖体 rRNA 的部分基因序列。
1( mtDNA 的特点及应用
线粒体 DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)是一种核外的遗传物质，根据碱性氯化铯密 度梯度离心中双链密度不同分为重链(H-链)和轻链(L-链)，在绝大多数动物中，线粒体基因
[1]组的结构为环状。编码区内含有 37 个基因:2 个 rRNA 基因(16 rRNA 和 12 rRNA)、22 个 tRNA 基因、13 个蛋白质基因分别为细胞色素 C 氧化酶亚基?，?，?基因(CO?，CO?， CO?)、细胞色素 b 脱氢酶基因(Cytb)、ATP 合成酶 6 和 8(ATPase6 和 ATPase8)、NADH 脱 氢酶亚基 1-6(ND1-6) 和 4L(ND4L) 。非编码区是线粒体基因组的调控区, 又称为 D 环
[2](D-loop)。mtDNA 的模式图可见图 1。
1本课题得到浙江省自然基金(项目编号:Y307063)的资助。
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图 1 无脊椎动物 mtDNA 的模式图
Fig.1 The model graph of Invertebrate mtDNA
mtDNA 以母系遗传方式遗传、进化速度快、基因结构相对简单和结构无组织特异性等
[3]优点适用于系统分类。而随着 mtDNA 研究技术的日趋成熟，mtDNA 已越来越广泛地被应
[4]用于分子系统学研究，并在种质鉴定领域有着重要作用。mtDNA 中用于物种分类常用基 因是 Cytb，16SrRNA 和 COI 基因。
在 mtDNA 各基因中，Cytb 基因的结构和功能研究得比较清楚，因其碱基序列稳定性较 高而常用于动物类群的系统进化和分类鉴定研究。朱振华等利用 mtDNACytb 基因的序列分
[5]析鉴定了六种果实蝇的分类。
细胞色素酶亚单位 I(COI)基因是线粒体编码蛋白的基因。它有着比核基因进化快的位 点，特别是编码子的第三位点对于推断更近的支序发生有着潜在的作用。已经证明它能评价
[6][7][8~9]从门到种内的各级关系。Hebert P D 等认为 COI 基因可以做为识别物种的条形码。黄
[10]健等用 COI 基因确定直隶环毛蚓(Pheretima tschiliensis tschiliensis)的属的地位。
线粒体 16SrRNA 基因有较强的中间解析和鉴别能力，因而在无脊椎动物的系统和进化 学及种类鉴别中广泛应用。苏天凤等对广西钦洲湾水域的养殖牡蛎(传统上被认为是近江牡 蛎 Crassotrea ariakensis Fujita)群体 26 个个体的线粒体 DNA 16SrRNA 基因片段序列进行扩
[11]增,分析得出钦洲湾养殖牡蛎应存在两大种群或是 2 个亚种。
控制区(D-loop 区)是 mtDNA 上的一段非编码区，不同动物的 D-loop 分子大小差异很大，从几百个碱基到几千个碱基不等，同一物种其大小也有略微差异，各种动物的 D-loop 区结
[12]构也不尽相同。D-loop 区由于受选择压力小，在进化过程中积累了较多变异，因而被认 为是线粒体基因组上进化最快的部分之一，通过检测该区域的 DNA 变异可以有效地鉴别亲 缘关系较近的群体。利用 D-loop 区对无脊椎动物的研究很少，仅有对罗氏沼虾三群体的线
[13]粒体 D-loop 基因序列差异的初步研究。
2(核糖体 rRNA 的结构特点及应用
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