真兽亚纲寄生虱进化关系及裂化线粒体基因组研究

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目的:昆虫典型的线粒体基因组是双链闭合的单一大环染色体结构。近年来对真兽亚纲的23种寄生虱线粒体基因组进行研究,发现其背离了两侧对称动物常见的线粒体基因组结构而裂化成多个微环染色体,数目9-20个不等,每个微环染色体均包含编码区和非编码区。但不同种间线粒体基因组裂化模式和裂化速度不同。为深入了解真兽亚纲寄生虱裂化线粒体基因组的结构与进化,本学位文对真兽亚纲寄生虱的部分基因序列及线粒体全基因组进行测定,用cob、trn L1(tag)和trn L2(taa)基因序列与线粒体基因组裂化程度分析真兽亚纲寄生虱的进化关系,在此基础上,测定并分析真兽亚纲寄生虱优势虱属多板虱属的2种多板虱线粒体全基因组的结构与进化,为了解真兽亚纲寄生虱裂化线粒体基因组和拓展真核生物线粒体基因组进化知识提供依据。弥补了对线粒体基因组传统认识的不足和缺陷,以期推动线粒体基因组学和媒介昆虫相关领域的研究。方法:在中国云南采集到3科3属4种寄生虱(太平洋甲胁虱(Hoplopleura pacifica)、弯多板虱(Polyplax reclinata)、锯多板虱(Polyplax serrata)和麝鼩钩板虱(Ancistroplax crocidurae))后提取总DNA,用PCR扩增寄生虱的线粒体基因组并用Wizard SV Gel and PCR clean-up system(Promega)试剂盒进行纯化。扩增子用Illumina Miseq PE250高通量测序,测序结果用Geneious Prime 2021.0.1软件进行组装。用NCBI数据库、t RNAScan-SE和ARWEN在线网页查找识别线粒体基因。结果:1.基于线粒体cob序列和线粒体基因组裂化程度分析真兽亚纲10科11属22种寄生虱(鹿虱(Damalinia meyeri)只找到6个基因,不参与分析)的系统发育。结果与从形态学获得的系统发育相一致。同属寄生虱裂化微环染色体数趋同,裂化速度相近,但微环染色体上的基因排列模式有很大差异。2.用8科8属17种吸虱的trn L1(tag)和trn L2(taa)基因序列探讨基因间的独立进化和协同进化,结果表明trn L1(tag)和trn L2(taa)基因等同序列较长的吸虱易发生协同进化,等同序列较短的吸虱易发生独立进化。3.本文完整测定了真兽亚纲寄生虱优势虱属多板虱属2种吸虱(弯多板虱和锯多板虱)的线粒体全基因组,这两种多板虱有典型动物的37个线粒体基因并均裂化成11个微环染色体,每个微环染色体的大小为2-4kb,有2-7个基因。把本文测定的2种多板虱(弯多板虱和锯多板虱)与迄今为止完成测定的2种多板虱(亚洲多板虱(Polyplax asiatica)和棘多板虱(Polyplaxs spinulosa))的线粒体核型进行了比较,推断出多板虱属祖先线粒体核型。结论:1.对10科11属22种寄生虱线粒体基因组裂化程度分析结果表明裂化速率最快的是3种人虱(体虱(Pediculus humanus)、头虱(Pediculus capitis)和阴虱(Pthirus pubis)),最慢的是3种血虱(猪血虱(Haematopinus suis)、野猪血虱(Haematopinus apri)和驴血虱(Haematopinus asini)),其余的16种寄生虱处于中间。2.吸虱亚目的trn L1(tag)和trn L2(taa)基因协同进化是长期的或发生在远缘物种间,而独立进化是短期(两次重组事件间)的或发生在近缘物种间。吸虱亚目线粒体基因组的裂化模式可能影响trn L1(tag)和trn L2(taa)基因等同序列的长短。3.用多板虱属作为模板,研究t RNA基因易位如何影响线粒体核型的变化。我们发现多板虱属线粒体核型变异主要归功于t RNA基因的易位。此外,不同的微环染色体之间t RNA基因易位很频繁,并朝控制区(非编码区)移动,在其他吸虱裂化线粒体基因组中也可以观察到类似的t RNA基因易位现象。本文推测微环染色体之间t RNA基因向控制区频繁易位是吸虱线粒体基因组结构高度变化的主要原因。
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