浙江大学陈学新教授研究团队关于昆虫线粒体基因组进化及碱基组成偏向性机制等方面的研究取得了重要的新进展，这是我国科学家首次在昆虫线粒体基因组这一基础研究领域提出了新观点，研究结果以浙江大学昆虫科学研究所魏书军为第一作者、陈学新为通讯作者刊登在2010年6月11日出版的BMC Genomics和2010年9月15日出版的PLoS ONE杂志上。
线粒体是动物、植物、真菌等真核生物细胞中的重要细胞器，它具有自己的遗传物质——线粒体基因组。线粒体基因组以及所编码的基因被广泛用于进化、系统发育、种群遗传学等研究。陈学新教授研究团队在国际上较早地开展了膜翅目昆虫线粒体基因组大规模测序和进化研究，攻克了长期以来寄生性膜翅目昆虫粒体基因组因AT含量特高而难以完全测序的难关，完成了近二十个代表性种类的线粒体基因组的测序并重点从比较基因组学的角度系统探讨了寄生蜂重要类群的进化方式，首次从结构上证明了昆虫线粒体A+T控制区颠倒的现象；对碱基组成偏向性、控制基因组复制和转录的A+T富含区中调控元件等的分析表明，A+T富含区的倒置是茧蜂科种类（一类重要的寄生性天敌）的共有衍征；利用69个昆虫线粒体基因组序列和RNA二级结构信息，构建了全变态类昆虫各目之间及茧蜂科主要亚科间的分子系统发育树，揭示了膜翅目及蚜茧蜂等类群在昆虫进化中的系统地位。
昆虫线粒体基因组中四种碱基（A、T、C、G）的组成比例并不均衡，即“碱基组成偏向性”，碱基A和T的含量高于G和C，而且大多数昆虫线粒体基因组上A的含量高于T，C的含量高于G。陈学新教授研究团队对本实验室测定和数据库中获得的共120个昆虫的线粒体基因组用生物信息学的方法进行了对比和分析，首次发现昆虫中膜翅目茧蜂科、长角羽虱科（寄生鸟类的虱子）和粉虱科（一类重要的害虫）三个类群的线粒体基因组中A的含量低于T，C的含量低于G，也就是说这三个类群的线粒体基因组碱基组成偏向性与大多数昆虫相比发生了颠倒；进一步结合基因组复制起点的二级结构、基因排列以及线粒体复制和转录方式的分析，发现基因组复制起点的方向、基因的方向与碱基组成偏向性之间存在特有的关系，即G与C之间的相对含量与复制起点的方向相关，而A与T之间的相对含量因基因方向、复制起点方向以及密码子位置的变化而改变，进而提出了线粒体基因组碱基组成偏向性产生的主要机制：复制过程中处于单链状态的DNA的脱氨基化作用是造成G和C之间相对含量变化的主要原因，复制过程对线粒体基因组A和T含量的影响大于转录过程。这一新机制的提出从一个新的角度深化了对线粒体基因组的认识，研究结果不仅对今后更准确的使用线粒体基因组上的分子标记具有重要意义，而且对研究线粒体基因组复制和转录的机理具有重大参考价值。
该研究得到了国家杰出青年科学基金及国家自然科学基金等项目的资助。
（农业与生物技术学院）
