中国花弄蝶亚科分子系统发育研究(鳞翅目:弄蝶科)

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花弄蝶亚科Pyrginae隶属于鳞翅目Lepidoptera弄蝶科Hesperiidae,该亚科的单系性及其族、属间的关系均存在争议。本研究共测序获得花弄蝶亚科4族11属11种弄蝶的线粒体基因组,以及30种弄蝶的核基因EF-1α和Wingless片段。同时本研究还从线粒体基因组的核苷酸组成、基因重排、核苷酸多样性等方面对48种弄蝶的线粒体基因组进行比较基因组分析。基于线粒体基因组以及核基因组成的13个蛋白编码基因+2个rRNA基因(PR)、13个蛋白编码基因+24个RNA基因(PRT)、13个蛋白编码基因+2个rRNA基因+核基因(PRN)以及13个蛋白编码基因+24个RNA基因+核基因(PRTN)共4种数据集,利用IQ-TREE和Mr Bayes软件构建系统发育关系。本研究对揭示线粒体基因组的进化以及研究花弄蝶亚科的系统发育关系具有重要意义。主要研究结果如下:(1)测得的花弄蝶亚科11种弄蝶的线粒体基因组都是双链闭合环状结构,长度在15232–15559 bp之间,均由典型的13个蛋白编码基因、22个tRNA、2个rRNA以及一个AT控制区组成。11种弄蝶的线粒体基因组基因方向和顺序与推断的昆虫祖先的排列方式一致。(2)线粒体基因组以及各组成部分均表现出明显的AT偏向性,且蛋白编码基因第三位点的AT含量高于第一、二位点。在13个蛋白编码基因中,9个基因位于J链上,其余4个基因位于N链上。大多数蛋白编码基因以ATN为起始密码子,但在所有物种中cox1基因均为CGA起始,毛脉弄蝶Mooreana trichoneura的cox2基因以TTG起始。多数蛋白编码基因以TAA为终止密码子,而cox1、cox2、nad4和nad5以单T结尾。(3)发现弄蝶科48种弄蝶的线粒体基因组长度在15232–15769 bp之间,其中最短的为花弄蝶亚科的毛脉弄蝶,最长的为链弄蝶亚科Heteropterinae的链弄蝶Heteropterus morpheus。基因组的大小变化主要是由控制区的长度变化导致的,且核苷酸的组成均呈现明显的AT偏向性。(4)核苷酸多样性分析表明,弄蝶科中cox1、cox2、nad4L和cox3基因最为保守,而nad4、atp6、nad6和atp8的进化速率相对较快。该科中进化相对较快的基因对后续的系统发育和种群遗传学等研究具有重要的应用价值。(5)我们基于不同数据集进行系统发育分析均未得到完全一致的系统发育树,差异主要存在于花弄蝶亚科和弄蝶亚科内部,但是包含线粒体基因组的37个基因以及核基因的系统发育树会得到更高的支持度,说明增加RNA基因和核基因将提高系统发育信号。(6)系统发育分析构建的8个拓扑结构都强烈支持竖翅弄蝶亚科Coeliadinae、缰弄蝶亚科Euschemoninae、珍弄蝶亚科Eudaminae、花弄蝶亚科和弄蝶亚科的单系性。(7)我们建议将中国花弄蝶亚科分为5族,其关系为(卡弄蝶族Carcharodini+(花弄蝶族Pyrgini+珠弄蝶族Erynnini))+(星弄蝶族Celaenorrhinini+裙弄蝶族Tagiadini)。(8)再次证实了饰弄蝶属Spialia、大弄蝶属Capila、襟弄蝶属Pseudocoladenia和刷胫弄蝶属Sarangesa的分类地位,表明饰弄蝶属应属于卡弄蝶族,大弄蝶属应属于裙弄蝶族,襟弄蝶属和刷胫弄蝶属应属于星弄蝶族。
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