三种雀形目鸟类线粒体基因组测定及雀形目鸟类系统发生研究

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雀形目鸟类种类多,数量大,分布广泛,形态多样,行为复杂,一直是鸟类系统学研究的热点,有关该类群的系统发生关系仍存在很多有争议和未解决的问题。动物线粒体基因组具有分子结构简单、进化速度快、母系遗传、易于获取等特点,已成为研究鸟类起源、进化及系统发生关系等的理想材料。以单个基因或几个基因的简单联合对雀形目系统发生关系的研究经常会出现不同甚至相互矛盾的结果。因此,越来越多的学者选择应用线粒体基因组全序列来构建雀形目鸟类的系统发生关系。本研究基于L-PCR和Sub-PCR扩增及引物步移法测定了中华攀雀(Remiz consobrinus)、银喉长尾山雀长江亚种(Aegithalos caudatus glaucogularis)和银喉长尾山雀指名亚种(Aegithalos caudatus caudatus)的全线粒体基因组序列,并对拼接好的序列进行注释和分析。联合GenBank数据库及本实验室测定的共46条雀形目鸟类全线粒体基因组序列,以雁形目两个物种为外群,重建了雀形目鸟类的系统发生关系。主要结果如下:1.中华攀雀、银喉长尾山雀长江亚种和指名亚种的全线粒体基因组长度分别为16737bp、17937bp和17935bp,均编码包括13个蛋白编码基因、2个rRNA基因和22个tRNA基因在内的37个基因。序列均不存在明显的碱基偏向性。中华攀雀线粒体基因排序与绝大多数鸟类一样,具有一个位于tRNAGlu和tRNAPhe间的控制区。银喉长尾山雀长江亚种和指名亚种线粒体基因组具有两个控制区,分别位于tRNAThr和tRNAPro及tRNAGlu和tRNAPhe间,两个控制区的序列基本一致。2.鸟类线粒体基因组不同区域的进化速率不同,控制区的进化速率最快,其次是蛋白编码基因,tRNA和rRNA基因的进化速率相对较慢。3.3个物种13个蛋白编码基因中,使用次数最多的密码子为CTA、ATC、CTC、 TTC和GCC,使用最频繁的氨基酸为Leu、Thr、Ala、Ile和Ser。起始密码子使用方面,除中华攀雀ND3基因为ATT,银喉长尾山雀长江亚种和指名亚种为ATA外,其余基因均为典型的ATG。部分雀形目鸟类COI基因的起始密码子为GTG。终止密码子使用方面,3个物种除COⅢ和ND4基因为不完全终止密码子T外,其余基因均为典型的完全终止密码子(TAA、TAG、AGA和AGG)。部分雀形目鸟类中发现了不完全终止密码子TA。银喉长尾山雀长江亚种和指名亚种所有基因的起始和终止密码子完全相同。4.3个物种tRNA二级结构中,tRNA Ser-AGN均缺失了二氢尿嘧啶(DHU)臂,其余均形成了典型三叶草结构。3个物种均存在碱基错配现象,大部分为常见的G-U错配。5.3个物种rRNA二级结构整体上很相似,SrRNA二级结构包含3个结构域,47个茎环结构;LrRNA二级结构包含6个结构域,60个茎环结构。6.3个物种控制区中均存在F-box、D-box、C-box、B-box、Bird similarity-box和CSB-1结构。与红原鸡相比,46种雀形目鸟类的CSB-1结构中均存在18~21bp不等的核苷酸插入现象。其中,中华攀雀存在20bp的核苷酸插入,银喉长尾山雀长江亚种和指名亚种均存在19bp的核苷酸插入。7.将线粒基因组全序列和蛋白编码基因分别组成ALL和PCG两个数据集,分别用最大似然法、最大简约法和贝叶斯法重建系统发生树探讨雀形目鸟类的系统发生关系。结果表明:琴鸟科和吸蜜鸟科为鸣禽亚目的姐妹群,且吸蜜鸟科有比琴鸟科与鸣禽亚目更近的亲缘关系;燕雀类和鸦类应提升为科级水平,鹟类和鸫类为亚科级水平,一同归于鹟科下;长尾山雀类、山雀类和攀雀类均应独立成科,归于莺总科下;鹟科与莺类的亲缘关系较远,攀雀科与山雀科亲缘关系较近;黑眉长尾山雀与银脸长尾山雀,沼泽山雀与褐头山雀,绿背山雀与大山雀亲缘关系较近;支持鸦小目、雀小目及雀小目中鹟总科、雀总科和莺总科的单系性,同时,鹟总科中的鹟亚科、鸫亚科,雀总科中的燕雀科和鹀科,莺总科中的长尾山雀科、攀雀科和山雀科的单系性均得到了支持。8.对两个数据集比较发现,ALL数据集比PCG数据集在解决雀形目鸟类的系统发生关系上有更好的解析力。
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