五种眼蝶线粒体基因组比较研究及其系统发生分析

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眼蝶亚科隶属于鳞翅目蛱蝶科,是蛱蝶科中物种数目较多的一个类群。由于缺乏十分有效的形态学同源性状和分子数据,眼蝶亚科主要类群与其他相关蛱蝶科类群之间(环蝶亚科和绢蛱蝶亚科等)以及眼蝶亚科内部各主要分类群之间(锯眼蝶族、暮眼蝶族及黛眼蝶亚族等)的系统发生关系还一直存在着争议。昆虫线粒体基因组(mitochondrial genome)是一个双链环状的DNA分子,长度介于14kb到20kb之间,通常包括37个基因:13个蛋白编码基因(PCGs),2个rRNA基因,22个tRNA基因和1个非编码的A+T富集区(控制区)。由于线粒体基因组有着许多自身的特性,目前,它们被广泛的应用于昆虫系统发生、比较基因组学、进化基因组学和种群遗传学等研究领域。本文利用long PCR和primer-walking方法测定了大艳眼蝶、翠袖锯眼蝶、黛眼蝶、亚洲白眼蝶和蟾眼蝶的线粒体基因组全序列,并初步比较分析了其基因组成和结构特点。结果显示:大艳眼蝶、翠袖锯眼蝶、黛眼蝶、亚洲白眼蝶和蟾眼蝶的线粒体基因组长度分别为15208bp、15167bp、15259bp、15142bp和15143bp,都包括13个蛋白质编码基因(ATP6,ATP8,COI-III,ND1-6,ND4L,Cytb)、22个tRNA基因、2个rRNA基因(16S和12S)以及非编码的控制区。基因的排列顺序和方向与其它已测鳞翅目昆虫一致,未出现基因重排现象。大艳眼蝶、翠袖锯眼蝶、黛眼蝶、亚洲白眼蝶和蟾眼蝶线粒体基因组线粒体基因组分别包含10、10、13、11和14个基因间隔区,间隔总长度分别为85bp、57bp、89bp、85bp和96bp。最大间隔均在tRNAGln与ND2基因之间;基因间分别存在14、13、13、12和8处重叠,总长度分别为37bp、38bp、41bp、33bp和28bp。五种蝶眼的lrRNA和srRNA基因长度分别为1347bp和753bp、1331bp和768bp、1341bp和752bp、1336bp和775bp、1343bp和775bp;除tRNASer(AGN)缺少二氢尿嘧啶臂,在相应的位置上只形成一个简单环外,其余的tRNA基因都能形成典型的三叶草结构。除了COI基因是以CGA作为起始密码子,其他12个蛋白编码基因均以ATN作为起始密码子;五种眼蝶的COI、COII、ND5和ND4基因都以不完整的密码子T作为终止密码子,其余基因都以标准的TAN(TAA或TAG)作为终止密码子。大艳眼蝶A+T丰富区全长为417bp,A+T含量为94.3%,同时还存在类似微卫星的重复序列(TA)8等;翠袖锯眼蝶A+T丰富区全长为404bp,A+T含量为90.6%,同时还存在类似微卫星的重复序列(AT)8等;黛眼蝶A+T丰富区全长为432bp,A+T含量为92.3%,同时还存在类似微卫星的重复序列(TA)8(AT)、(AT)6等;亚洲白眼蝶A+T丰富区全长为319bp,A+T含量为81.9%,同时还存在类似微卫星的重复序列(TA)6T(TA)等;蟾眼蝶A+T丰富区全长为316bp,A+T含量为83.5%,同时还存在类似微卫星的重复序列(TA)8(AT)、(TA)4等。近年来的分子系统学分析结果显示,蛱蝶类应分为五个进化枝(眼蝶进化枝,蛱蝶进化枝,釉蛱蝶进化枝,喙蝶进化枝和斑蝶进化枝),其中眼蝶进化枝包括四个亚科(眼蝶亚科,环蝶亚科,螯蛱蝶亚科和绢蛱蝶亚科)。为了进一步探讨眼蝶进化枝和眼蝶亚科内部蝶类的系统分类地位和系统发生关系,本文以茶小卷叶蛾(Adoxophyes honmai)为外类群,基于线粒体基因组13个蛋白质编码基因全序列数据,使用最大似然法(maximum-likelihood, ML)和贝叶斯推论法(bayesian inference, BI)重建了10种眼蝶进化枝代表性物种的系统发生树。结果显示:眼蝶进化枝内部的关系为:((绢蛱蝶亚科+螯蛱蝶亚科)+(环蝶亚科+眼蝶亚科));眼蝶亚科内部的关系为:((环蝶亚科+锯眼蝶族)+(暮眼蝶族+(眼蝶族(包括黛眼蝶亚族))))。通过分析10种代表性眼蝶类物种的幼虫阶段的寄主植物特征,发现它们有着一定程度的相关性。综合相关的研究结果可知:黛眼蝶亚族应该从锯眼蝶族里面分离出来并入眼蝶族;环蝶亚科应该降为一个族并入眼蝶亚科内部,并与锯眼蝶族形成姊妹群关系;暮眼蝶族和眼蝶族有较近的亲缘关系。
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