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蜉蝣是现存最古老的有翅昆虫之一,其所具有的许多特征对重建有翅昆虫的起源及进化意义极大。近年来,线粒体基因组序列及其结构在昆虫系统学研究中已得到越来越多的应用,但关于蜉蝣目的系统发生位置无论是基于形态还是分子证据的意见之间都始终存有争议。相信更多蜉蝣线粒体基因组(mtDNA)的测定可以为昆虫系统发生关系的重建提供更多有用信息,对明确蜉蝣的进化关系也会提供更多线索。
本研究测定了大别山越南蜉Vietnamella dabieshanensis和桶形赞蜉Paegniodes cupulatus的线粒体基因组全序列,结合已报道的相关线粒体基因组分子信息,通过贝叶斯(Bayesian,BI)和最大似然法(Maximum Likehood,ML)分别构建系统发生树,对蜉蝣目的系统发生地位及目内高级分类单元之间的关系进行了更深的研究,并初步评估了线粒体蛋白编码基因在解决有翅昆虫系统发生关系方面的有效性。
大别山越南蜉和桶形赞蜉线粒体基因组全长分别为15,715bp和15,761bp,均为闭合环形双链DNA分子,包括37个基因(13个PCGs、22个tRNA基因和2个rRNA基因)和1个主要的非编码区(控制区)。两物种的线粒体基因组的基因结构、顺序、方向与原始六足动物的相同,这似乎显示蜉蝣的线粒体基因组结构比较原始。两种蜉蝣线粒体蛋白编码基因中,除桶形赞蜉的cox1和nad6基因分别使用CCG和TTA作为起始密码子外,其他所有基因都以ATN作为起始密码子;除桶形赞蜉的nad5、cox2、nad4和大别山越南蜉的nad5、cob和cox2外,其他所有基因均以完整的TAA或TAG作为终止密码子。大别山越南蜉和桶形赞蜉基因组中tRNA的反密码子与多数节肢动物一样,二级结构也很保守。两物种的线粒体基因组序列中存在A+T含量偏向性,其中控制区的A+T含量在大别山越南蜉和桶形赞蜉分别为74.9%、63.1%,这符合昆虫mtDNA控制区碱基组成偏向性的特征。
系统发生分析结果显示:1)蜉蝣目是蜻蜓目+新翅类的姐妹群;2)根据本研究所构建的NL和BI树显示蜉蝣目5个物种之间的关系为((大短丝蜉Siphlonurus immanis+东方蜉Ephemera orientails)+(尤氏拟亚非蜉Parafornurusyoui+桶形赞蜉Paegniodes cupulatus))+大别山越南蜉Vietnamelladabieshanensis,其中尤氏拟亚非蜉和桶形赞蜉都属于扁蜉科,这似乎表明它们所代表的科之间的关系为((短丝蜉科Siphlonuridae+蜉蝣科Ephemeridae)+扁蜉科Heptageniidae)+越南蜉科Vietnamellidae。因为分类单元数量太少等原因,这一结果可能需要更多探讨;3)本研究中基于除atp8外的其它12个蛋白编码基因构建的系统树结果同上,这似乎表明atp8对系统树的构建影响有限;4)本研究与其它相关的已发表的研究结果进行比较发现:外群的选择,蛋白编码基因的选择,取样量的不同等可能是影响系统发生关系重建的关键因素。