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线粒体基因组测序

线粒体基因组

线粒体基因组(mitochondrial DNA，mtDNA)是位于动植物细胞内的共价闭环双链DNA。动物线粒体DNA大小在14～18kb之间，编码37个基因，包含13个蛋白编码基因、2个rRNA基因和22个tRNA基因。mtDNA属于母性遗传，比核基因组具有更高的突变率，突变固定后形成的多态位点可反映出群体的遗传结构，同时线粒体具有分子量较小、结构简单等优点，是研究近代不同物种之间差异的理想分子标记，也是动物中使用较为广泛的群体遗传标记。

线粒体基因组^[1]

线粒体基因组测序

通过与核基因组DNA的分离，提纯富集后获得的动物线粒体DNA采用高通量测序技术进行测序组装，利用生物信息学分析方法进行拼接和组装，以获得该物种线粒体基因组序列图谱，从而推进该物种的后续研究。

应用方向

物种条形码数据库构建

物种参考数据库是环境DNA宏条形码技术应用准确性的关键环节，目前动物DNA条形码研究较多采用的是COI基因，Cytb基因和12S rRNA等基因序列大部分都位于线粒体基因组上。通过动物线粒体基因组测序可一次性获得线粒体上所有基因序列信息，既可以补充单个基因片段的条形码数据库，也可以构建物种线粒体数据库。

物种遗传多样性分析

通过对一个物种种内不同种群之间或同一种群内不同个体的线粒体基因进行测序，比对、剪切和聚类分析，计算获得群体间或群体内个体间遗传距离、单倍体多样性、平均核苷酸变异数、核苷酸多样性等遗传多样性数据。

系统进化关系研究

通过对不同亲缘关系物种的线粒体基因组序列进行比较，鉴定出编码序列、非编码调控序列及给定物种独有的序列，了解不同物种在核苷酸组成、同线性关系和基因顺序方面的异同，进而得到基因分析预测与定位、生物系统发生进化关系等方面的信息。

线粒体基因组测序优势

信息全面：一次检测可获得线粒体基因组的所有基因序列信息。

覆盖度高：可广泛适用于鸟类、鱼类、爬行类、哺乳类、两栖类等动物类群。

高效便捷：与线粒体单基因检测相比，节省查找文献、引物设计的时间，避免引物偏好性导致的实验重复，省时、省力、省心。

送样要求

组织样本：对于鱼、鸟等体型较大的动物，优选动物肌肉组织（如胸、腿部）。

个体样本：对于昆虫等体型较小的动物，≥1只，满足线粒体基因组提取需求。

研究与应用

线粒体基因组测序表明繁育型虎纹蛙可能是一个隐存种^[2]

中国虎纹蛙（Hoplobatrachus rugulosus）是国家二级重点保护水生野生动物，而人工繁育的虎蛙被称为泰国虎蛙，拉丁名也为H. rugulosus。本研究分析表明，虎纹蛙野生型样本和繁殖型样本之间，Cytb基因存在很高的遗传差异(13.8%)。完整线粒体基因组在遗传差异为14.0%；然而，核基因几乎没有表现出差异。尽管虎纹蛙野生型和繁殖型形态非常相似，但线粒体基因组的特征表明繁殖型虎纹蛙可能是一个隐存种，是野生型的姊妹进化枝。本研究建议防止泰国虎蛙（繁育型）逃入野生环境，以免与中国虎蛙（野生型）杂交。

参考文献：

[1] Lauri A, Pompilio G, Capogrossi MC. The mitochondrial genome in aging and senescence. Ageing Res Rev. 2014 Nov;18:1-15. doi: 10.1016/j.arr.2014.07.001. Epub 2014 Jul 17. PMID: 25042573.

[2]Yu D, Zhang J, Li P, Zheng R, Shao C. Do cryptic species exist in Hoplobatrachus rugulosus? An examination using four nuclear genes, the cyt b gene and the complete MT genome. PLoS One. 2015 Apr 13;10(4):e0124825. doi: 10.1371/journal.pone.0124825. PMID: 25875761; PMCID: PMC4395372.

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