四种卷蛾寄蝇族昆虫线粒体全基因组测定与分析

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目的:测定四种卷蛾寄蝇族昆虫线粒体全基因组,运用比较基因组学的方法比较分析其同源性和趋异性,基于线粒体基因序列,重建寄蝇科Tachinidae系统发育树,探究寄蝇科高级分类阶元间的进化关系。方法:采用长PCR加引物步移法结合高通量全基因组测序的方法,对四种卷蛾寄蝇族昆虫线粒体基因组进行测序,运用生物信息学原理和技术对所测DNA序列片段进行组装、拼接和基因注释。以麻蝇科Sarcophaga ruficornis Fabricius和花蝇科Fucellia costalis Stein为外群,以包括本研究中4种卷蛾寄蝇族昆虫在内的已知线粒体全基因组数据的19种寄蝇为内群,基于13个蛋白质编码基因(PCG),用最大似然法(Maximun Likelihood)构建系统发育树,研究寄蝇科及卷蛾寄蝇族的系统发育。结果:(1)四种卷蛾寄蝇族昆虫线粒体基因组全长分别为15841 bp(康刺腹寄蝇Compsilura concinnata)、15250 bp(长角髭寄蝇Vibrissina turrita)、15041 bp(芦地三角寄蝇Trigonospila ludio)、15483 bp(华丽鹞寄蝇Eophyllophila elegans)。其线粒体DNA分子呈典型环状闭合双链结构,由38个基本结构元素组成(13个PCGs、2个r RNA基因、22个t RNA基因和一个非编码控制区Control region),其中,2个r RNA基因(16S r RNA、12S r RNA)、8个t RNA基因(t RNAVal、t RNALeu(CUN)、t RNAPro、t RNAHis、TrnaPhe、t RNATyr、t RNACys、t RNAGln)、4个PCGs(ND1、ND4L、ND4、ND5)由N链编码,其余23个基因由J链编码。基因排列顺序和方向相对保守,无基因重排。(2)四种卷蛾寄蝇族昆虫线粒体基因组中的四种核苷酸含量不均衡,核苷酸组成和蛋白质编码基因PCG呈现出明显的AT偏向性。(3)四种卷蛾寄蝇族昆虫线粒体基因组均存在基因重叠和间隔现象,重叠长度为1?50 bp,最大重叠长度位于华丽鹞寄蝇E.elegans的16S r RNA和t RNAVal之间。大部分基因间隔长度为1?16 bp,在康刺腹寄蝇C.concinnata的16S r RNA与t RNAVal基因之间存在的间隔最大,长度为60 bp。(4)16S r RNA位于t RNALeu(CUN)和t RNAVal之间,核糖体12S r RNA位于t RNAVal和控制区之间。16S r RNA长度介于1259 bp(芦地三角寄蝇T.ludio)到1342 bp(长角髭寄蝇V.turrita)之间,12S r RNA长度在783 bp(长角髭寄蝇V.turrita)到821 bp(芦地三角寄蝇T.ludio)之间。(5)除COⅠ使用TCG为起始密码子外,其它12种PCGs均使用ATN作为起始密码子。大部分PCGs以TAA或TAG做为终止密码子,而以TA或T作为不完全终止密码子的情况只存在于少数基因中,TTA是使用频率最高的密码子。在康刺腹寄蝇C.concinnata中,无CCG、CGC和CGG三种密码子,使用频率为零。(6)22个t RNA基因在线粒体基因组中不连续分布,基因长度在63 bp(康刺腹寄蝇C.concinnata的t RNAArg)至73 bp(长角髭寄蝇V.turrita和华丽鹞寄蝇E.elegans的t RNAVal)之间;22个t RNA基因总长度范围在1466 bp(康刺腹寄蝇C.concinnata)到1492 bp(芦地三角寄蝇T.ludio)之间,占线粒体基因组全长的9.25%?9.91%。除t RNASer(AGN)的二级结构缺失D茎(DHU-arm)而形成环状结构外,其余21个t RNA组装成典型的三叶草形二级结构。碱基配对方式中,除了经典的A-U和C-G配对外,在四个种不同茎当中分别存在少量U-U和A-C错配现象,U-G错配发生在芦地三角寄蝇T.ludio中。(7)在系统发育树中,追寄蝇亚科的物种聚为端部一个大的分支,提示了该亚科为一单系群;其中,卷蛾寄蝇族Blondeliini多数种类与埃里寄蝇族Eryciini互为姊妹群,温寄蝇族Winthemiini与(追寄蝇族Exoristini+(膝芒寄蝇族Goniini+(卷蛾寄蝇族Blondeliini+埃里寄蝇族Eryciini)))互为姊妹群;卷蛾寄蝇族中,华丽鹞寄蝇E.elegan位于(膝芒寄蝇族Goniini+(卷蛾寄蝇族Blondeliini+埃里寄蝇族Eryciini))分支的基部,而芦地三角寄蝇T.ludio与温寄蝇族Winthemiini聚为一支,推测卷蛾寄蝇族Blondeliini是并系群。(8)长足寄蝇亚科Dexiinae为寄蝇科基部的分支,是寄蝇科中最原始的类群,突颜寄蝇亚科Phasiinae与寄蝇亚科Tachininae互为姊妹群,追寄蝇亚科Exoristinae为寄蝇科中最进化的类群。结论:通过对四种卷蛾寄蝇族昆虫线粒体全基因组进行测定与比较分析,在线粒体基因组水平上进行了寄蝇科的系统发育研究,结果显示:线粒体基因组近全长分别为15841 bp(康刺腹寄蝇Compsilura concinnata)、15250 bp(长角髭寄蝇Vibrissina turrita)、15041 bp(芦地三角寄蝇Trigonospila ludio)和15483 bp(华丽鹞寄蝇Eophyllophila elegans)。提示追寄蝇亚科Exoristinae为单系群;提示卷蛾寄蝇族Blondeliini不是单系群而是并系群,该族的鹞寄蝇属Eophyllophila和三角寄蝇属Trigonospila应从卷蛾寄蝇族Blondeliini移出,其分类地位需要进一步的厘定;长足寄蝇亚科Dexiinae是寄蝇科中最为原始的类群,突颜寄蝇亚科Phasiinae与寄蝇亚科Tachininae互为姊妹群,追寄蝇亚科Exoristinae为寄蝇科中最进化的类群。
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