鸟类作为脊椎动物的一个分支,在生态系统中发挥着举足轻重的作用,同时在人类生产和生活中也发挥着重要作用。世界上现存的鸟类有10560个种,分属于2278个属、240个科、40个目。为了探讨雀形目鹎科(Pycnonotidae)线粒体基因组的特征,本次研究对雀形目鹎科3个物种(白头鹎、黑冠黄鹎和领雀嘴鹎)线粒体全基因组进行测序并进行分析;为了比较分析雀形目不同类群的进化速率,本研究测序了34个物种的核基因musk内含子序列片段,基于核基因代表的musk基因和线粒体代表的nad2基因序列,联合GenBank中已释放物种对雀形目22个科进行进化速率异质性分析;为了比较分析雀形目主要谱系的系统进化关系,本研究基于线粒体13个蛋白编码基因构建雀形目84个物种的系统进化树,并基于线粒体基因nad2和核基因musk构建雀形目321个物种的系统进化树。为了估算雀形目及鹎科的分歧时间,对20种鸟类的核基因musk、CHD1-16和NIPBL-16分别进行测序,联合cox1、atp6、12S rRNA、nad2和cob基因,结合GenBank释放的序列,采用ML和BI法构建系统进化树,并在此基础上使用BEAST软件对雀形目和鹎科的分歧时间进行估算。基于我们的实验数据,通过进化分析,主要研究结果如下:1、雀形目三种鸟类的线粒体基因组全序列的测定与分析本研究对雀形目鹎类3个物种线粒体全基因组序列进行测定,三个物种的线粒体基因组长度分别为16,922 bp(白头鹎)、17,011 bp(黑冠黄鹎)和17,045 bp(领雀嘴鹎)。三个物种的线粒体基因组碱基组成、密码子偏选情况及tRNA结构与其他雀形目物种相似。本次研究显示,在白头鹎的cox2和黑冠黄鹎的cox2、atp6基因末端发现新奇的终止密码子的CAA。2、雀形目主要谱系的系统发育关系分析采用最大似然法(ML),基于线粒体13个蛋白编码基因序列对雀形目84个物种的系统进化关系进行分析,与基于nad2和musk基因序列的雀形目321个物种的系统进化关系进行对比。基于线粒体13个蛋白编码基因和nad2与musk基因构建的雀形目ML树中,亚鸣禽都处于系统进化树的基部位置,而且支持率较高,鸦总科也都是处于鸣禽支系的基部位置,同时,鹟超科在两种进化关系中都出现了没有很好的聚为一支的现象。但是关于鹟超科、山雀超科和旋木雀超科的系统进化地位,在两种方法构建的进化关系中表现出不一致的现象。3、雀形目主要类群的进化速率比较分析基于核基因代表的musk基因和线粒体基因代表的nad2基因序列,对本实验中测序的序列并联合genbank中已释放的序列对雀形目22个科进行了进化速率异质性分析,结果显示进化速率最高的为绿鹃科(vireonidae),而最低的为画眉科(timaliidae)。4、雀形目和鹎科分歧时间的估算基于核基因内含子序列(nipbl-16、chd1-16和musk)和线粒体基因(cox1、atp6、12srrna、nad2和cob基因),使用beast软件进行雀形目及鹎科分歧时间的估算。化石标定点设为鸡形目(galliformes)与雁形目(anseriformes)之间的分歧时间(101.7,sd=8.0),鸡雁小纲(galloanserae)与新鸟下纲(neoaves)之间的分歧时间(122.2,sd=8.6),鹌鹑与原鸡之间的分歧时间(35,sd=1.83)。研究结果显示,雀形目与其他目之间的的分歧时间推算为93.64mya(73.79-112.91mya),鹎科的分歧时间为40.90mya(10.48-53.17mya)。本研究中,新鸟下纲(neoaves)起源于白垩纪晚期(latecretaceous),古鹗总目与今鹗总目的分歧时间在白垩纪早期,研究结果与之前的研究较为一致,现有鸟类类群大部分都是在白垩纪-古新世时间节点(cretaceous-paleocene/k-pboundary,65mya)之后形成。此外,从白垩纪幸存下来的谱系,不同的生态系统中的鸟类的基因转变在白垩纪晚期就已经开始,因此,本研究不支持feduccia关于鸟类在第三纪(tertiary)快速辐射进化的假说。5、基因进化特征分析从核苷酸抑制率和基因选择压力两方面对13个线粒体蛋白编码基因进行分析,结果显示,atp8基因和nad6基因的所受的选择压力最小,进化速率最快,而cox1基因和cox3基因的进化速率最慢。cob基因和nad2基因的进化速率处于平均水平,基因内部进化速率稳定,能够代表接近于线粒体基因组的进化,本次研究从13个线粒体蛋白编码基因中选取cox1、atp6、nad2和cob基因作为后续系统进化研究的分子标记。核基因的进化分析显示,musk、chd1z和nipblz基因内含子序列平均进化异质率都在0.2以上,并且chd1-16和nipbl-16基因内含子序列z染色体上的同源序列比w染色体同源序列的进化要快,而且chd1-16基因目的片段在z染色体上的同源序列与W染色体上的同源序列之间的分化程度比NIPBL-16基因明显要大。基于基因的系统进化分析显示,CHD1-16基因在Z和W染色体上同源序列的分化出现在现存今鹗总目物种形成之前,NIPBL-16基因在Z和W染色体上同源序列的分化出现在鸡雁小纲和新鸟下纲形成之后,并且Z和W支系没有明确分开。6、鸟类性别鉴定基因的开发研究显示,NIPBL-16内含子序列在性别染色体Z和W上的同源序列长度在不同的鸟类类群中,表现出不同的特点,与性别鉴定基因CHD1相似,表明NIPBL-16内含子序列可以作为新鸟下纲鸟类性别鉴定新的分子标记。综上所述,本研究测定并分析了雀形目三种鸟类的线粒体全基因组,在白头鹎的cox2和黑冠黄鹎的cox2、atp6基因末端发现新奇的终止密码子的CAA;雀形目主要谱系的系统发育关系分析表明亚鸣禽和鸦总科分别处于雀形目和鸣禽支系的的基部位置;雀形目主要类群的进化速率比较分析中显示进化速率最高的为绿鹃科,最低的为画眉科。雀形目与其他目之间的的分歧时间推算为93.64 Mya(73.79-112.91 Mya),鹎科的分歧时间为40.90 Mya(10.48-53.17 Mya);此外,我们还发现cob基因和nad2基因的进化速率处于线粒体13个蛋白编码基因中的平均水平、NIPBL-16内含子序列可以作为新鸟下纲鸟类性别鉴定新的分子标记。