鱼类线粒体DNA

文献综述题目：鱼类线粒体及线粒体控制区的研究进展沈阳农业大学学士学位论文文献综述鱼类线粒体及线粒体控制区的研究进展摘要：线粒体DNA是动物体内唯一发现的核外遗传物质。

与其他动物相同，鱼类线粒体全长约16.5kbp 左右，分为编码区和非编码区两大部分，编码区编码37个基因，非编码区即线粒体基因组的控制区（也称D-loop），其碱基替换率比线粒体DNA其它区域高5-10倍，遗传上是高变区。

遗传学上可根据线粒体控制区的特点和特性，可利用限制性酶切片段长度多态性技术（RFLP）、PCR技术和测序技术等方法分析物种的遗传多样性和其分类地位。

线粒体DNA控制区序列在研究鱼类种内遗传分化中具有重要意义，为传统鱼类形态学分类提供了分子生物学证据，为地质演化和鱼类进化的关系提供论据，为物种保护和渔业管理提供科学理论基础。

关键字：鲢鱼；线粒体DNA；D-loop区；分类地位几乎所有的脊椎动物的细胞中都含有线粒体（mitochondria）这种细胞器，它自身携带DNA，可自我复制、表达，并有核基因编码的蛋白质和酶从细胞质输入线粒体，共同完成生物氧化的理功能。

动物的线粒体DNA（mtDNA）是共价闭合的双链DNA，其基因结构简单，一级结构的碱基突变率高。

近年来，随着DNA序列分析、限制性酶切片段长度多态性技术（RFLP）及PCR技术的应用和发展，mtDNA在动物起源、种群分化与系统发生、分类及遗传瓶颈效应等方面取得了重要进展。

1 线粒体概述与其他动物相似，鱼类线粒体基因组的长度大多在15-20kb左右，环状双链，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），由2个rRNA 基（16S rRNA、12S rRNA）、22 个tRNA基因、控制区（D-Loop环区）和轻链复制起始区和13个疏水蛋白质基因。

13个蛋白质因是细胞色素b（Cyt b）基因，2个ATP酶的亚基，3个细胞色素c（Cyt c）氧化酶的亚基（COI，COII，COIII），7个NADP还原酶的亚单位（ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND5、ND6），除一个蛋白质基因（ND6）和8个tRNA基因由L链编码外，其余的大部分基因都由H链编码[1]。

鲤科鲌属药用鱼类线粒体COI基因的DNA条形码研究目的：采用线粒体COI基因序列研究我国长江流域不同地区鲤科鲌属药用鱼类的遗传特征，探讨利用该基因片段作为鲌属药用鱼类鉴定条形码的适用性。

方法：扩增鲌属药用鱼类的线粒体COI基因序列5′端并进行测序，分析不同药用鱼类种内和种间的遗传变异，构建聚类树，探讨该序列片段在鲌属药用鱼类中进行鉴定的可行性。

结果：鲌属药用鱼类COI基因片段的碱基组成中A+T碱基量明显高于G+C 量，96%的遗传变异均发生在编码区密码子第3位点，但所有翻译后氨基酸组成均相同，表明COI基因编码在鲌属鱼类中的保守性；鲌属药用鱼类的种内遗传距离均小于1%，种间遗传距离大于10倍的种内距离；NJ聚类树显示所有鲌属鱼类聚成独立的一支，其属内不同鱼种的个体又分别聚成独立的分支，不同分支具有较高的节点支持率。

结论：鲌属4种药用鱼类的DNA分类与形态学分类结果一致，COI条形码序列能够对鲌属鱼类进行有效的区分。

标签：DNA条形码；COI基因；药用鱼类；鲌属动植物药是我国中药的物质资源，生药品种的真实性不仅直接影响到药材质量的稳定性和生产的正确性，同时也影响到临床用药的安全稳定。

因此，生药真伪优劣的鉴别已成为中药事业发展的关键。

传统的鉴定方法，即感官评价、显微鉴定和理化鉴定均存在不同程度的局限性，而分子鉴定则为中药的快速和准确鉴定带来了新的契机[1，2]。

DNA条形码（DNA barcoding）技术的出现为药用动植物的鉴定带来了新的方法，它不再局限于生物的形态、性状和发育历期，而是利用一个或少数几个DNA片段对地球上现有物种进行识别和鉴定[3]。

该方法可为生药品种的确定和质量标准的制订提供准确的科学依据。

鲌属鱼类隶属于鲤形目Cypriniformes鲤科Cyprinidae，在我国广泛分布于江河、湖泊、水库等各种水系，是我国内陆天然水域中重要的经济鱼类之一[4]。

现知鲌属鱼类有9个种和亚种[4]，本属的翘嘴鲌Culter alburnus是重要的药用鱼类，具有开胃健脾，行水之功能，主治胃气不舒、水肿等症，其同属的其他4种鲌也具有相似的药用功效[5]。

乌鳢、斑鳢及杂交种线粒体DNA全序列分析及杂种鉴定乌鳢(Channaargus)和斑鳢(Channamaculata)是我国重要的土著鱼类品种，同属鲈形目(Perciformes)、鳢亚目(Channoidei)、鳢科(Channidae)、鳢属(Channa)。

乌鳢和斑鳢出肉率高，味道鲜美，肉质细腻，营养价值高，深受国内及港澳市场和东南亚各国的欢迎。

并且它们对环境的要求不高，适应能力强，能实现高密度养殖，使得鳢科鱼类在水产养殖产业中越来越重要。

在生产养殖实践中，人们将乌鳢与斑鳢杂交获得了杂交鳢（斑鳢♀×乌鳢♂和乌鳢♀×斑鳢♂），杂交鳢在养殖生产中表现出良好的杂种优势。

由于杂交种具有优秀的养殖经济性能，养殖户更愿意选择杂交种进行养殖。

目前杂交鳢占了鳢科鱼类养殖量的绝大部分，成为鳢科中主要的养殖品种。

杂交种在实践生产中表现出优于亲本的性状，并且两杂交种之间也存在生长上的差异。

氧气是生产中影响水生动物的重要因素，耗氧率及窒息点与鱼类的生存、成长密切相关，因此我们从耗氧率和窒息点的方面对乌鳢、斑鳢及正反交杂交种进行了初步研究。

结果显示：在水温25.1℃条件下，平均体重48.88g的乌鳢、45.30g的斑鳢、44.20g的斑乌鳢和46.76g的乌斑鳢的耗氧率分别为0.22、0.16、0.19、0.17mg/gh，窒息点分别为2.47、1.45、1.18、2.01mg/L，讨论、分析了这4种鱼耗氧率的昼夜变化规律以及窒息点的差异原因。

本实验接着从线粒体DNA(mitochondrialDNA,mtDNA)的角度对斑鳢、乌鳢和杂交鳢进行了比较分析，为鳢科鱼类种质资源的保护和利用提供了基础数据。

设计了覆盖乌鳢线粒体DNA的11对引物，利用PCR技术对4种鱼的线粒体全序列进行扩增，测序完成后经过人工修正和拼接，得到4种鱼的线粒体全基因组序列。

对4种鱼mtDNA的结构进行分析，定位了13个蛋白基因，22个tRNA基因，2个rRNA基因和控制区域基因的位置及大小，比较了4种鱼mtDNA存在的的差异。

鱼类线粒体DNA研究新进展一、本文概述线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）作为生物体内的一种重要遗传物质，近年来在鱼类研究中逐渐展现出其独特的价值和潜力。

鱼类线粒体DNA研究新进展不仅深化了我们对鱼类遗传多样性的理解，还为鱼类遗传育种、系统发生、种群遗传结构分析等领域提供了有力的工具。

本文旨在综述近年来鱼类线粒体DNA研究的新进展，探讨其在鱼类生物学中的应用前景，以期为鱼类遗传资源保护和可持续利用提供理论支持和实践指导。

本文将首先回顾线粒体DNA的基本结构和特点，然后重点介绍鱼类线粒体DNA的提取方法、测序技术及其在鱼类遗传多样性、系统发生和种群遗传结构分析中的应用。

还将讨论鱼类线粒体DNA在遗传育种和遗传资源保护中的潜在应用价值，并展望未来的研究方向和挑战。

通过本文的综述，希望能够为从事鱼类线粒体DNA研究的学者提供有益的参考和启示，共同推动鱼类线粒体DNA研究的深入发展。

二、鱼类线粒体DNA的结构与功能鱼类线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）是一种双链、闭合环状的分子，通常大小为16-20千碱基对（kb），是细胞器中唯一的DNA分子。

鱼类mtDNA的结构主要包括重链（H链）和轻链（L链），其中H链编码了大部分基因，而L链则编码了剩余的少数基因。

这些基因主要编码线粒体氧化磷酸化系统的13个蛋白质亚基，以及2个rRNA和22个tRNA，这些成分共同构成了线粒体的核糖核蛋白体，负责线粒体内蛋白质的合成。

鱼类线粒体DNA的功能主要体现在以下几个方面：mtDNA是鱼类线粒体遗传信息的载体，通过母系遗传的方式传递给后代，因此，在鱼类遗传学和进化生物学研究中，mtDNA被广泛应用为分子标记。

mtDNA编码的蛋白质是线粒体氧化磷酸化系统的重要组成部分，这些蛋白质参与线粒体的能量代谢过程，对鱼类的生命活动起着至关重要的作用。

mtDNA的突变和变异也被广泛用于鱼类种群遗传结构、遗传多样性和系统发育等研究。

*黔北一新鱼种遵义小钝吻鮠线粒体DNA的分离纯化肖贵榜1，2葛正龙2张艳磊2李作祥3（1.遵义职业技术学院，贵州遵义563000；2.遵义医学院生物化学与分子生物学教研室，贵州遵义563003；3．贵阳职业技术学院生物化学工程系，贵州贵阳550081）[摘要] 用差速离心法和改进的碱裂解法分离纯化遵义小钝吻鮠（Leioxassis microcrassirostris Zunyiensis Xiao sp.nov.）线粒体DNA,紫外检测其OD260/ OD280在1.78～1.85之间，并计算出该鱼肝组织线粒体DNA的含量为0.613μg／g。

纯化样品经紫外分析仪在200nm～290 nm波长范围内扫描，呈现典型的DNA吸收峰,其最大吸收峰在259.0nm～260nm之间。

以λDNA／H i n dⅢ的完全酶切片段作为相对分子量标准，利用电泳迁移率与分子量的对数的线性关系,由已知片段大小推算出遵义小钝吻鮠m t D N A分子大小为1 5.44 (±0.1 6）Kb。

[关键词]；线粒体DNA；分离纯化；鮠属；鱼类[中图分类号] [文献标识码]A鱼类居于脊椎动物中较原始的地位，但其种类繁多，数量极其庞大[1]。

鱼类为人类提供了质量极佳的蛋白质营养。

人们对鱼类的研究已极为广泛，在遗传方面，传统的形态标记、细胞学标记和同工酶分析等已成功地应用于多种鱼类的种群识别[2] [3]。

鱼类mtDNA为共价闭环的双链DNA , 分子大小15 561~18 705bp之间 [4]，是鱼类唯一核外遗传物质，具有基因组结构简单，进化速度快，母系遗传和在世代传递过程中不发生重组等特性，自上世纪80年代以来成为群体遗传分化和追溯母系起源的一个良好模型。

由于上述特点，以mtDNA 作为分子标记，探讨鱼类的群体遗传结构与系统演化，已成为鱼类分子群体遗传学和系统学研究中的热点。

遵义小钝吻鮠（Leioxassis microcrassirostris Zunyiensis Xiao sp.nov.）[5]隶属于鲇形目鲿科鮠属，黔北最为名贵的野生经济鱼类之一，在当地颇受人们青睐。

鱼类线粒体DNA及其在分子群体遗传研究中的应用鱼类，作为地球上最大的脊椎动物群体之一，其遗传多样性研究对于理解生物进化、生态适应以及保护濒危物种等方面具有重要意义。

近年来，随着分子生物学技术的飞速发展，线粒体DNA（mtDNA）已经成为鱼类群体遗传研究中的重要标记。

一、鱼类线粒体DNA的特点线粒体DNA是一种存在于细胞线粒体内的遗传物质，具有母系遗传、高突变率、无重组等特点。

这些特点使得mtDNA成为研究鱼类群体遗传结构和进化历史的理想标记。

母系遗传：mtDNA只能通过母系传递，因此可以有效地追踪母系群体的迁移和扩散。

高突变率：mtDNA的突变率远高于核DNA，这使得mtDNA在短时间内积累大量的遗传信息，有助于揭示近期的进化事件。

无重组：mtDNA在遗传过程中不发生重组，因此其遗传信息具有高度的稳定性，有助于准确推断群体遗传结构。

二、线粒体DNA在鱼类群体遗传研究中的应用群体遗传结构分析：通过比较不同地理群体间mtDNA序列的差异，可以揭示鱼类的群体遗传结构、迁移扩散以及种群历史。

物种鉴定和分类：mtDNA序列差异可以作为物种鉴定和分类的重要依据，有助于发现新物种和解析物种间的亲缘关系。

保护生物学：通过分析濒危物种的mtDNA序列，可以评估其遗传多样性水平，为制定保护策略提供科学依据。

进化生物学：通过比较不同物种间mtDNA序列的差异，可以揭示鱼类的进化历程、分化时间以及祖先群体等信息。

生态学：通过分析鱼类mtDNA与生态环境因子的关系，可以探讨鱼类对环境的适应机制和生态位分化。

渔业资源管理：通过分析渔业资源的mtDNA多样性，可以评估其种群健康状况和种质资源价值，为渔业资源的可持续利用提供科学依据。

三、前景展望随着分子生物学技术的不断进步和成本的不断降低，线粒体DNA在鱼类群体遗传研究中的应用将越来越广泛。

未来，我们可以期待线粒体DNA在揭示鱼类进化历程、保护濒危物种以及渔业资源管理等方面发挥更大的作用。

四川动物Sichuan Journal of Zoology 1988 7(2)乌鳢鱼肌肉细胞线粒体DNA的纯化及电镜观察*曹新文邹国林李维琳朱汝瑶(武汉大学生物系)有关乌鳢鱼(Ophiocephalus argus)线粒体DNA的研究国内尚未见报道。

我们用肌肉细胞为材料，对鱼类线粒体DNA进行了研究，现介绍于下。

材料与方法一、线粒体的制备(参考曹新文等，1985)取乌鳢鱼肌肉100克，用缓冲液A[0.25 M蔗糖—0.15M KCl—10mM Tris-HC1 (pH7.5)—1mM EDTA]洗涤三次，剪碎后加10倍体积的缓冲液A用组织捣碎机捣碎，每次30秒，共捣六次，用单层纱布过滤。

以上操作均在冰浴中进行。

滤液于1,000×g离心20分钟(4℃)，弃去沉淀，上清液于20,000×g离心20分钟(4℃)。

沉淀用20倍体积的缓冲液B(0.25M 蔗糖-10 mM Tris-HCl(pH7.5)-lmM EDTA)悬浮，3,000×g离心15分钟，轻轻除去上层的悬浮物，再20,000×g离心10分钟，弃去上清液。

用适量缓冲液C〔0.25M蔗糖-10mM Tris-HCl(pH7.5)-2mM醋酸镁〕悬浮沉淀，20,000×g离心10分钟，如此重复三次。

将所得沉淀加入含有5mg DNase I的缓冲液C 20ml中，混匀后于25℃保温1小时，然后用冰浴冷却，再加入10ml 0.1M EDTA终止反应。

24,000×g离心10分钟，沉淀用适量缓冲液A悬浮，24,000×g离心10分钟，重复两次，沉淀即为较纯净的线粒体。

二、线粒体DNA的制备(参考曹新文等，1985) 取线粒体沉淀，加入10ml缓冲液D 〔25mM Tris HCl(pH7.5) -50mM EDTA-75mm NaCl〕悬浮，然后加入10％SDS至终浓度为0.8％，加入链霉蛋白酶(0.5mg／ml缓冲液D)于30℃保温2小时，冰浴冷却至0℃。

～堡塞堡！皂塑：堕里塑垡婪堡型垒全堡型星塑墅旦坌王堂垡塑窒——图１鱼类ｍｔＤＮＡ基因组结构示意图Ｈｇ．１ＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｉｓｈｍｔＤＮＡｇｅｎｏｍｅ２．２线粒体基因组在渔业上应用同工酶曾在鱼类遗传学研究中占有重要位置，但由于ｍｔＤＮＡ能够提供比同工酶更多的变异信息，并随着通用引物和特异引物的不断开发，以及ＤＮＡ测序技术的日趋成熟，自上世纪九十年代开始，以ｍｔＤＮＡ为基础的分子遗传技术在渔业上的应用逐渐取代同工酶技术的统治地位。

尽管ｍｔＤＮＡ应用于渔业也一些问题，诸如母系遗传的特点，使它不能反应父本的贡献；未发生重组，可能造成遗传多样性低估等，但是从事ｍｔＤＮＡ的研究无需杀死样本，只要少量组织即可满足，使它成为进化遗传学和保护遗传学等极好的研究对象，并在鱼类遗传研究上取得丰硕成果。

具体的，ｍｔＤＮＡ在渔业的应用主要有以下几点。

汪｛塑§：白鲟、达氏鲟线粒体ＤＮＡ全序列及鲟形目分子进化研究研究结果１ＰＣＲ扩增效果８对引物扩增鲟鱼类ｍｔＤＮＡ特异性很高，引物Ｌ８和Ｈ８扩得的片断长约３００ｂｐ，其余７对引物扩增的效果如图３所示的白鲟和达氏鲟ＰＣＲ产物的琼脂糖凝胶电泳图。

扩增的片段长度分别为约３ｋｂ（ｓｅ９１）、２．６ｋｂ（ｓｅ９２）、２ｋｂ（ｓｅ９３）、２．４ｋｂ（ｓｅ９４）、２．２ｋｂ（ｓｅ９５）、２ｋｂ（ｓｅ９６）、２ｋｂ（ｓｅ９７）。

扩增的结果与预期的结果相符，总长度覆盖整个ｍｔＤＮＡ的长度。

图３白鲟和达氏鲟ｍｔＤＮＡＰＣＲ产物琼脂糖凝胶电泳结果Ｍ：＾ＤＮＡ／ＨｉｎｄⅢ＋Ｅ西足Ｉ，１～７为达氏鲟，８～１４为白鲟Ｆｉｇ．３ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅＰＣＲｐｒｏｄｕｃｔｓｆｏｒｔｈｅＰｓｅｐｈｕｒｕｓｇｌａｄｉｕｓａｎｄＡ．ｄａｂｒｙａｎｕｓＭ：Ｍａｒｋｅｒ，＾ＤＮＡＩＨｉｎｄⅢ＋＆垤ＲＩ。

１～７ｒｅｆｅｒｔｏＡ．ｄａｂｒｙａｎｕｓ，８～１４ｒｅｆｅｒｔｏＰｓｅｐｈｕｒｕｓｇｌａｄｉｕｓ２白鲟和达氏鲟ｍｔＤＮＡ的一般特征白鲟和达氏鲟ｍｔＤＮＡＬ．链全序列长分别为１６４８３ｂｐ和１６４３７ｂｐ，均包含１３个蛋白质编码基因，２２个ｔＲＮＡ基因，２个ｒＲＮＡ基因以及一个非编码的控制区（Ｄ．ＬＯＯＰ）。

线粒体控制区在鱼类种内遗传分化中的意义线粒体控制区在鱼类种内遗传分化中的意义线粒体DNA(mtDNA)作为分子标记已被广泛应用于各物种系统发生的研究.mtDNA控制区序列(D-loop)以其较高的突变积累对于研究物种种内的遗传分化具有重要价值.鱼类是脊椎动物中最原始但在种属数量上又最占优势的类群,其物种繁多,分布广泛,起源复杂,研究其系统发生历来是令人饶有兴趣的`课题.D-loop在研究鱼类种内遗传分化中具有多方面的重要意义.近年来,已有越来越多的研究工作将D-loop作为分子标记来探讨各种鱼类的种内遗传分化,并且获得了许多有启发性的结果.青海湖是我国内陆最大的咸水湖,湖中主要鱼类为青海湖裸鲤(Gymnocypris przewalskii),D-loop分析初步结果显示青海湖及其周围河流中的裸鲤似乎没有新的种内遗传分化现象.作者：谢振宇杜继曾陈学群 WANG Yu-Xiang Brent W Murray XIE Zhen-Yu DU Ji-Zeng CHEN Xue-Qun WANG Yu-Xiang Brent W Murray 作者单位：谢振宇,杜继曾,陈学群,XIE Zhen-Yu,DU Ji-Zeng,CHEN Xue-Qun(浙江大学生命科学学院神经生物学与生理教研室,杭州,310027)WANG Yu-Xiang,WANG Yu-Xiang(Department of Biology,Queen's University,Kingston,Ontario,K7L 3N6,Canada) Brent W Murray,Brent W Murray(College of Science and Management,University of Northern British Columbia,Prince George,V2N 429,Canada)刊名：遗传 ISTIC PKU 英文刊名： HEREDITAS(BEIJING) 年，卷(期)： 2006 28(3) 分类号： Q959.46 关键词：线粒体DNA 控制区序列鱼类种内遗传分化青海湖裸鲤(Gymnocypris przewalskii)。

收稿日期:2002211205;修订日期:2003204218基金项目:中国科学院创新方向性项目(K SCX22SW 2101B );国家自然科学基金(39830050)资助作者简介:张　燕(1979—),女,湖北省襄樊市人:硕士研究生;研究方向:鱼类分子进化通讯作者:何舜平,E 2mail :clad @中国　科鱼类线粒体DNA 控制区结构及其系统发育分析张　燕　张　鹗　何舜平(中国科学院水生生物研究所,武汉　430072)摘要:采用PCR 技术获得了中国　科鱼类代表种类线粒体DNA控制区基因的全序列,对控制区基因结构进行了分析,并选用粒鲇科的中华粒鲇, 科的三线纹胸　作为外类群,用最大简约法(MP )和邻接法(N J )构建了系统发育树。

结果显示　科鱼类中控制区基因适于系统发育分析, 科鱼类构成一个单系类群;圆尾拟　应该放入　属里。

关键词:控制区基因;分子系统学; 科;鲇形目中图分类号:Q951 文献标识码:A 文章编号:100023207(2003)05204632005 科(Bagridae )隶属于鲇形目(Siluriformes ),在我国分布广泛,仅次于鲇科(Siluridae )分为4属30个种:黄　鱼属(Pelteeobagrus Bleeker )五种; 属(Leiocassis Bleeker )7种;拟　属(P seudobagrus Bleek 2er )14种; 属(Mystus Scopoli )4种[1,2]。

　科鱼类种类较多,分类比较混乱,国外做过一些研究,多为骨骼形态方面的描述[3,4];国内有Zhang 等[5]对嘉陵江11种　科鱼类骨骼进行了系统研究,张耀光等[6]对短尾拟　的分类地位进行了研究探讨,戴凤田等[7]从同工酶和骨骼特征方面对八种　科鱼类的系统演化进行了探讨,彭作刚等[8]从分子水平细胞色素基因序列的变异研究了东亚　科鱼类的系统发育。

线粒体DNA 以其较快的进化速度,严格的母系遗传,几乎不发生重组等特征成为分子群体遗传学和分子系统学研究的重要标记[9,10]。