石磺科贝类线粒体比较基因组学研究及系统发育分析

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石磺科属软体动物门(Mollusca),腹足纲(Gastropoda),有肺类(Pulmonata),缩眼目(Systellommatophora),是一种近椭圆形,身体柔软无贝壳,具有发达外套膜的贝类。主要栖息于滩涂及红树林区的潮间带或高潮带,具有重要的营养价值和科研价值;其分布广泛,遍布于极地外的世界各地。石磺科贝类是海洋和陆地的过渡种,常被看作贝类由海洋向陆地辐射生活研究的很好代表,能为软体动物由海洋向陆地进军的过程研究提供重要参考。因此,石磺科贝类对于软体动物系统进化和系统分类都具有重要的作用。本文采用LA-PCR技术对瘤背石磺线粒体基因组全序列进行了测定和分析。结果表明:瘤背石磺线粒体基因组序列全长13957 bp,由22个tRNA、2个rRNA、13个蛋白编码基因和19个长度为2-138 bp的非编码区组成。碱基组成分别为27.81 %A,36.86%T,16.03 %C,19.30 %G;tRNAGln、tRNALeu(UUR)、ATP8、tRNAAsn、ATP6、tRNAArg、tRNAGlu、rrnS、tRNAMet、ND3、tRNASer (UCN)、tRNAThr和COIII基因从L链编码,其余基因均从H链编码。蛋白质基因的起始密码子,除ND2为TTG以外,均为典型的起始密码子ATN。COIII和Cyt b基因使用了不完全终止密码子T,其余基因均使用典型的TAA或TAG。亮氨酸(Leu)为瘤背石磺使用率最高的氨基酸,最不常用氨基酸为天冬氨酸(Asp),最常用密码子为UUA,最不常用密码子为CGC。预测了22个tRNA基因的二级结构,发现tRNASer缺少DHU臂,tRNASer和tRNAThr的反密码子环上有9个碱基,而不是通常的7个碱基。瘤背石磺线粒体DNA最长的非编码区位于ND6和ND5基因之间,长度为138bp。最长的非编码区含有类似于tRNA的二级结构。石磺科贝类线粒体基因组全序列对研究腹足纲贝类分子系统进化具有重要意义。在完成瘤背石磺基因组全序列研究的基础上,测定分析石磺科其他3个属中的平疣桑椹石磺(Platevindex mortoni)、里氏拟石磺(Paraoncidium reevesii)、紫色疣石磺(Peronia verruculata)的线粒体基因组全序列,分析4种石磺的基因含量、基因大小、基因排列、碱基组成和结构特征。结果发现:不同属的4种石磺科贝类线粒体基因组长度分别为13861bp、13 957bp、13 991bp和13 842bp,他们A + T含量分别为62.99%、63.64%、64.90%和64.67%。4种石磺线粒体基因组在基因排列、基因组成和序列水平上具有高度的相似性,说明该科贝类在进化上的高度保守性。4种石磺线粒体基因组蛋白质基因的起始密码子大部分使用ATN,也有部分蛋白质基因使用GTG、TTG和CTA作为起始密码子。4种石磺科贝类Cytb基因全部采用T作为终止密码子,它们的终止密码子TAA和TGA可通过在mRNA转录后利用PolyA尾中A来完成。腹足纲是软体动物中最大的一个纲,占整个软体动物种类的80%,在海洋、淡水和陆地三种生存环境中均有分布。它的线粒体基因组排列顺序具有极大的多样性,是研究基因重排和系统进化很好的模型?。腹足纲具有的趋同进化、趋异进化、快速辐射演化等特点,进化历史较长,其系统进化研究一直存在争议。本文用自测的4种石磺科贝类线粒体基因组全序列,结合GeneBank上下载的9种腹足纲贝类线粒体基因组全序列,使用NJ、ME、MP和UPGMA4种方法对13种腹足纲贝类构建了系统进化树。结果表明:(1) 13种腹足纲贝类的系统进化树与形态学分类结果大部分是一致的。(2)支持直神经亚纲的单系性,排除了肺螺亚纲和后鳃亚纲各为单系群的可能性。(3)相对于其他的肺螺亚纲种类,基眼目栉状菊花螺与后鳃亚纲亲缘关系更近。(4)平疣桑椹石磺与瘤背石磺的亲缘关系较近,里氏拟石磺与紫色疣石磺的亲缘关系较近,推测可能与他们的生活环境有关。通过基因保守型分析,发现在4种石磺的线粒体基因组所有的主编码基因中,变异程度最高的是蛋白质编码基因ND2和ND6基因。因此,这两种基因可作为COI基因辅助的分子标记?,能为石磺科贝类生物多样性保护提供重要参考。
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