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蜉蝣是一类古老而原始的昆虫,其所具有的许多特征对重建有翅昆虫的起源及进化意义极大。然而,蜉蝣目在有翅昆虫内的系统发育地位却一直悬而未决,其目内高级分类单元之间的系统发育关系也有多种意见,已有的建立在形态及分子证据上的研究始终无法取得较一致结果。近年来,线粒体基因组全序列在昆虫纲系统发育关系重建中得了较多应用,但蜉蝣目内却鲜有报道。
本研究采用长距离聚合酶链式反应(Long PCR)和常规PCR扩增线粒体基因组,将PCR产物直接测序或克隆菌斑测序,对采自南京紫金山的红柱四节蜉Baetis rutilocylindratus和紫金柔裳蜉Habrophlebiodeszijinensis的线粒体基因组全序列进行了测定。红柱四节蜉线粒体基因组全长14883 bp,为闭合环形双链DNA分子,包括37条编码基因(13个PCGs、22个Trna基因和2个Rrna基因)。紫金柔裳蜉线粒体基因组共测得长度为14355 bp的序列,未能完全扩出部分srRNA和控制区及nad2,已测出部分包括34条编码基因(13个PCGs、19个Trna基因,1个lrRNA和部分srRNA)。
依据DNA序列重建和图示了两种蜉蝣线粒体基因组的基因排列顺序。结果表明,除紫.金柔裳蜉的trnA和trnR发生倒位外,两物种的线粒体基因组的基因结构、顺序、方向与原始六足动物的相同。这可能显示蜉蝣的线粒体基因组结构比较原始。trnA和trnR倒位可能是当双链DNA在两相邻座位处发生断裂后又发生了基因重组,即断裂片段与DNA重新连接后产生一个短的倒位片段。
我们在GenBank中下载了18种其它有翅昆虫和2种无翅昆虫的线粒体基因组全序列,并将后两种作为外群,利用线粒体基因组中的12个蛋白编码基因核苷酸序列及其编码的氨基酸序列对22种昆虫所构建的最大似然树(Maximum Likelihood tree,Mltree)和贝叶斯树(Beyesinference tree,BI tree)均显示蜉蝣目是蜻蜓目+新翅类的姐妹群。
上述产生的ML、BI树均显示蜉蝣目内五个物种之间的关系为(红柱四节蜉Baetisrutilocylindratus+紫金柔裳蜉Habrophlebiodeszijnensis)+(尤氏拟亚非蜉Parafronurusyoui+(东方蜉Ephemera orientails+大短丝蜉Siphlonurus immanis)),这似乎表明它们所代表的科之间的关系为:(四节蜉科Baetidae+细裳蜉科Leptophlebiidae)+(扁蜉科Heptageniidae+(蜉蝣科Ephemeridae+短丝蜉科Siphlonuridae))。这与使用起始和终止密码子的频率所得到的结果相同,即拥有更多共享密码子的类群会最易聚合成一支。这一结果的可靠性可能需要更多探讨,一是因为分类单元太少,二是因为似乎聚合程度与相似性相关而不是衍征,三是可能蜉蝣线粒体基因组保留有很多祖征。