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铁倍蚜属Kaburagia属于昆虫纲Insecta半翅目Hemiptera蚜科Aphididae绵蚜亚科Eriosomatinae五节根蚜族Fordini蚜虫,是五倍子蚜类群的一个属,包括4个亚种。铁倍蚜属为异寄主全周期型昆虫,其第一和第二寄主植物分别为盐肤木属和苔藓类部分植物。在第一寄主植物上寄生形成的虫瘿为五倍子的一种,特称为肚倍,广泛用于诸多领域,具有重要的经济价值。铁倍蚜属蚜虫形成的倍子形态变异较大,其亚种的分类主要是根据其第一寄主植物和形成的倍子形状确定的,对其不同亚种之间的遗传变异和系统发育关系方面的研究尚未见系统的研究报道。动物线粒体基因组通常是一个闭合环状的DNA分子,因其具有母系遗传、进化速率快、无重组现象等特点,已经作为很好的分子标记被广泛用于研究物种之间的系统发育和进化关系,这也极大的推动了物种系统发育基因组学的发展,而铁倍蚜属蚜虫的相关报道还比较少。本研究基于二代高通量测序技术测定了铁倍蚜属不同亚种10个样本的线粒体全基因组序列,详细分析了基因组序列信息和遗传变异;与公共数据库(GenBank)中相关序列进行比较,分析序列组成和结构变异,探讨线粒体基因组在倍蚜亚种、种和属水平上的变异;构建了系统发育关系,分析不同亚种之间及其与近缘物种之间的进化关系。得到如下结果:1.测得铁倍蚜属4个亚种完整的线粒体DNA全基因组均为一个闭合环状双链DNA分子,包含37个基因,序列长度均为16kb左右。其中肚倍蚜蛋肚亚种(Kaburagia rhusicola ovatirhuicola,A1137)最长为16,187bp,肚倍蚜蛋铁亚种(Kaburagia rhusicola ovogallis,A901)最短为16,055bp。2.从序列总体情况来看,铁倍蚜属线粒体基因组AT%含量较高,达到83.2%-83.4%;从各个编码区的组成来看,AT%含量最高的蛋白质编码区为ND6基因,高达89%以上,来自肚倍蚜蛋肚亚种(Kaburagia rhusicola ovatirhuicola)的三个个体(编号为:A1137、A1336和A1529),其他亚种序列AT%含量最高的都为ATP8编码区;非编码控制区(Control Region)AT%含量也相对较高,高AT%是昆虫线粒体DNA基因的共有特征。3.铁倍蚜属4个亚种线粒体基因组13个蛋白质编码基因的总长都是10,925bp,占全长的67%-68%,其中AT含量占到81.2%左右,在ND6与ATP8俩条编码区最为明显,蛋白质编码基因由ATN作为起始密码子,蛋白质编码基因终止密码子为TAA除COI和ND4以单个T结尾,在各物种密码子中,异亮氨酸(Ile)是最常见的氨基酸,其次为亮氨酸(Leu),而半胱氨酸(Cys)占比最少,3个终止子中UAA使用最频繁,出现的频次均达到了50%以上。4.铁倍蚜属线粒体DNA基因组中含有22个tRNA,长度介于60bp-70bp之间,含量占到全基因组的9%左右,在所有的tRNA中有8个tRNA基因(tRNA-Pro、His、Phe、Tyr、Cys、Gln、Val和Leu)定位在轻链(L)上,利用tRNAscan-SE在线预测软件发现22个tRNA除tRNA-Ser1缺失D环和D茎、tRNA-Thr缺失TΨC环外,其余tRNA均可折叠形成三叶草结构。5.对铁倍蚜属物种间线粒体基因组的变异率和变异位点进行分析,发现同一亚种不同个体之间的变异较小,肚倍蚜蛋肚亚种(Kaburagia rhusicola ovatirhuicola)3个个体(代码为A1137、A1336和A1529)序列相似率达到99.5%,变异率只有0.5%,变异位点主要发生在gap区碱基A或T的数量和有无,另外,部分编码区有很少的碱基替换;肚倍蚜蛋铁亚种(Kaburagia rhusicola ovogallis)4个个体(代码为A901、A910、A1209和A1536)相似率达99%,变异率为1.0%,变异位点为个体A1536在tRNA-Asp与tRNA-Asn之间比其他3个个体多2个碱基A,而个体A1209的D-Loop区比其他个体缺失一段碱基序列;未知铁倍蚜属亚种(Kaburagia rhusicola ssp)样本(代码A1070和A1087)相似率高达99.9%,变异率仅为0.1%,相似度极高,只有个别碱基发生了替换。铁倍蚜属不同亚种之间的相似率高达98.8%,变异率为1.2%,变异位点主要是在tRNA-Asn、ND4、tRNA-Thr和D-Loop区发生碱基缺失,其他区段发生部分碱基替换。6.从GenBank数据库下载铁倍蚜属亚种和近缘属小铁枣蚜属Meitanaphis物种的线粒体基因组序列,比较分析其序列组成和结构变异,他们具有相同的基因类型和排列顺序,各基因长度及含量都很相近;从碱基含量上比较,每个区域的AT%含量都相对较高,各个编码区的碱基含量变化范围不大;蛋白质编码基因起始密码子全部是ATN,终止密码子除了COI和ND4以单个T结尾,其余全部是TAA,其中铁倍蚜属、红小铁枣和黄毛小铁枣同一个蛋白质编码基因序列起始和终止密码子均相同,但在剩余物种出现不同,出现差异的原因可能是其特定编码区的长度出现差异,导致密码子出现偏差。7.以铁倍花蚜属物种为外类群建立铁倍蚜属与姊妹属小铁枣蚜属Meitanaphis物种间的ML和BI系统发育关系,二者显示一致的拓扑结构,很好的支持铁倍蚜属的单系性,4个亚种(不同个体)以很高的置信度(BS-ML=100%,PP-BI=1.0)聚为一支,但亚种之间的关系有待进一步研究;小铁枣蚜属的黄毛小铁枣蚜M.falvogallis与铁倍蚜属聚为姊妹关系,亲缘关系最近,然后才与该属红小铁枣蚜M.elongallis和米倍蚜M.microgallis相聚,小铁枣蚜属的单系性需要增加样本量和序列数据进行确定。8.铁倍蚜属与公共数据库(GenBank)已公布的五倍子蚜其他种类线粒体基因组进行共线性分析,结果发现铁倍蚜属所有物种的所有基因排列顺序一致,没有发生重排现象,说明铁倍蚜属物种间的差异基本没有变化,而在倍蚜属中出现重复区和圆角倍蚜属出现重排,推测这可能是它们属进化的一个重要原因。总之,本研究通过高通量测序技术,获得铁倍蚜属不同亚种样本的线粒体基因组全序列,对其序列组成和结构进行分析,研究不同亚种线粒体基因组的组成和变异,建立彼此之间的系统发育关系,分析其亲缘关系,并与近缘属种线粒体基因组比较进行共线性分析,探讨其基因重组现象,为进一步进行五倍子蚜类群的分子进化以及倍子的开发利用奠定了坚实的基础资料和分子数据信息。