六種粉蝶線粒體基因組比較研究及其系統(tǒng)發(fā)生分析.pdf

1、昆蟲線粒體基因組為閉合雙鏈環(huán)狀 DNA分子,大小一般為15至16 kb,由典型的37個基因組成:13個蛋白質(zhì)編碼基因、2個 rRNA基因、22個 tRNA基因和一個非編碼區(qū)。由于線粒體基因組的分子量小、結(jié)構(gòu)簡單、為嚴(yán)格的母系遺傳、進化速度快,所以被廣泛用于動物的系統(tǒng)與進化生物學(xué)研究。它們的核酸和氨基酸序列、基因排列順序、tRNA、rRNA二級結(jié)構(gòu)以及通用遺傳密碼的偏倚特征等都為動物系統(tǒng)發(fā)生的研究提供了有價值的分子性狀。近二十年來,基于線

2、粒體全序列的昆蟲系統(tǒng)學(xué)研究越來越受到研究者的歡迎,并且取得了許多有意義的成果。目前,昆蟲各類群線粒體基因組序列數(shù)據(jù)的資料已有很多報道,但是,這些序列在昆蟲各個類群中的分布很不均衡。少數(shù)目級分類階元還缺乏相應(yīng)的序列數(shù)據(jù),有的科級分類階元也還缺乏或只有極少數(shù)代表種類的序列數(shù)據(jù)。
　　粉蝶科是蝶類(鱗翅目、雙孔次亞目)中一個主要的類群之一,目前只有五個代表性物種的線粒體基因組序列數(shù)據(jù)被測定出來(包括本文的鶴頂粉蝶)。本文利用 long

3、PCR和分子克隆相結(jié)合的方法測得粉蝶科六個物種:莫氏小粉蝶、遷粉蝶、橙翅襟粉蝶、灰姑娘絹粉蝶、鶴頂粉蝶、紅肩鋸粉蝶的線粒體基因組全序列。同時,從比較基因組和進化生物學(xué)的角度對這些新測定的線粒體基因組和其他已報道的蝶類線粒體基因組作了比較分析。
　　莫氏小粉蝶、遷粉蝶、橙翅襟粉蝶、灰姑娘絹粉蝶、鶴頂粉蝶、紅肩鋸粉蝶線粒體基因組長度分別為15122 bp、15142 bp、15180 bp、15144 bp、15701 bp和1511

4、5 bp,都包括13個蛋白質(zhì)編碼基因(ATP6,ATP8,COI-III,ND1-6,ND4L, Cytb)、22個 tRNA基因、2個 rRNA基因(lrRNA和 srRNA)以及非編碼的控制區(qū)。基因的排列順序和方向與其它已測蝴蝶的一致,未出現(xiàn)基因重排現(xiàn)象。
　　莫氏小粉蝶、遷粉蝶、橙翅襟粉蝶、灰姑娘絹粉蝶、鶴頂粉蝶、紅肩鋸粉蝶線粒體基因組線粒體基因組分別包含11、15、14、13、9和10個基因間隔區(qū),間隔總長度分別為97 b

5、p、86 bp、125 bp、86 bp、109 bp和92 bp。最大間隔均在 tRNAGln與 ND2基因之間;基因間分別存在13、8、12、11、14和9處重疊,總長度分別為33 bp、26 bp、38 bp、37 bp、38 bp和33 bp。六種粉蝶的lrRNA和 srRNA基因長度分別為1337 bp和764 bp、1332 bp和779 bp、1348 bp和780 bp、1332 bp和771 bp、1323 bp和77

6、7 bp、1342 bp和752 bp;除 tRNASer(AGN)缺少二氫尿嘧啶臂,在相應(yīng)的位置上只形成一個簡單環(huán)外,其余的tRNA基因都能形成典型的三葉草結(jié)構(gòu)。莫氏小粉蝶、遷粉蝶、灰姑娘絹粉蝶、鶴頂粉蝶、紅肩鋸粉蝶的COI基因均以 CGA起始,而橙翅襟粉蝶 COI基因以及其它的12個蛋白質(zhì)編碼基因均已標(biāo)準(zhǔn)的ATN作為起始密碼子;六種粉蝶的COI、COII、ND4基因以及莫氏小粉蝶、遷粉蝶、鶴頂粉蝶和紅肩鋸粉蝶的ND5基因都以不完整的

7、密碼子 T作為終止密碼子,其余基因都以標(biāo)準(zhǔn)的TAN(TAA或 TAG)作為終止密碼子。莫氏小粉蝶 A+T豐富區(qū)全長為365 bp,A+T含量為89.3％,同時還存在類似微衛(wèi)星的重復(fù)序列(TA)9(AT)3等;遷粉蝶 A+T豐富區(qū)全長為313 bp, A+T含量為97.1%,同時還存在類似微衛(wèi)星的重復(fù)序列(TA)9和 Poly-A等;橙翅襟粉蝶 A+T豐富區(qū)全長為318 bp,A+T含量為90.3%,同時還存在類似微衛(wèi)星的重復(fù)序列(TA)

8、8,(AT)6,(TA)9(AT)3;灰姑娘絹粉蝶 A+T豐富區(qū)全長為368 bp, A+T含量為95.9%,同時還存在類似微衛(wèi)星的重復(fù)序列(AT)9和 Poly-A等;鶴頂粉蝶 A+T豐富區(qū)全長為899 bp,A+T含量為92.2%,除了存在類似微衛(wèi)星的重復(fù)序列(AT)10,(AT)10和 Poly-A結(jié)構(gòu)外還存在兩個271 bp長的重復(fù)區(qū)和兩個類似 tRNALeu(UUR)基因的結(jié)構(gòu);紅肩鋸粉蝶 A+T豐富區(qū)全長為341 bp, A

9、+T含量為95.3%,仍然存在類似微衛(wèi)星的重復(fù)序列(TA)7,(TA)7和(AT)8。
　　本文以茶小卷葉蛾(Adoxophyes honmai)為外類群,基于線粒體基因組13個蛋白質(zhì)編碼基因全序列數(shù)據(jù),使用最大似然法(maximum-likelihood, ML)和貝葉斯推論法(bayesian inference, BI)構(gòu)建了20種代表性蝶類物種的系統(tǒng)發(fā)生樹,同時,結(jié)合 rRNA基因多變區(qū)的二級結(jié)構(gòu)特征,初步探討了本研究涉及