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绢蝶属(Parnassius)蝶类是隶属于鳞翅目、凤蝶科、绢蝶亚科中的一个较为特殊的昆虫类群。到目前为止，全世界记载绢蝶属物种约50余种，中国约33种，主要分布于喜马拉雅山脉、中亚、中国西部和欧亚大陆北部的高海拔偏远山区。近年来，随着DNA测序技术的快速发展，线粒体基因组开始逐渐成为昆虫系统发育研究中的重要分子标记。然而，目前GenBank数据库中只记载了7种绢蝶的线粒体基因组数据，该属其它物种的线粒体基因组数据有待测定。再者，国内外学者对绢蝶属系统发生关系、谱系年代学以及部分物种的遗传分化和谱系地理学等也开展了一些研究工作，但分析结果却存在较大差异，该属的系统发生关系(特别是亚属间的亲缘关系)、遗传分化状况以及起源和分歧时间依然不确定。此外，由于绢蝶属物种具有极其丰富的形态多样性和地理生态型，依据形态特征的物种鉴定，特别是近缘物种之间的界定往往十分困难，因而，寻找其物种鉴定的有效分子标记已经成为当务之急。
基于此，本研究新测定了风神绢蝶(Parnassiusmercurius)的线粒体基因组全序列，结合本实验室暂未上传的9条序列和GenBank上已释放的7条序列，对它们的线粒体基因组进行比较分析；根据不同数据集(13PCGs和13PCGs+2rRNAs)运用最大似然法(ML)和贝叶斯推论法(BI)重建绢蝶属的系统发生树，探讨风神绢蝶的系统学位置。此外，本研究也新测了17种绢蝶共267个样本的转录间隔区ITS1和ITS2序列，初步探讨了绢蝶种间和部分代表种种内居群间的遗传分化状况；同时，运用ML和BI法重建了绢蝶属的系统发生树，依据化石记录数据和宽松分子钟方法对该属主要类群的起源与分歧时间进行推测，并结合相关的地质和古环境事件，探讨了该属蝶类起源和分化的可能地质环境背景。与此同时，基于6个DNA序列片段(ITS1、ITS2、COI、Cytb、ND1、ND5)对绢蝶属蝶类进行DNA条形码研究，并对ITS2的二级结构进行预测和分析，以期寻找到适合该属物种鉴定的有效分子标记。主要结论如下：
线粒体基因组全序列比较分析的结果显示，风神绢蝶线粒体基因组全长为15,372bp，A+T含量为81.4%，与其它已测定的16种绢蝶长度(15,328bp-15,458bp)和A+T含量(81.1%-82.0%)相近。基因组包含13个PCGs、2个rRNAs、22个tRNAs以及1个非编码的A+T富集区，基因组成结构、排列顺序和方向与其它已测定蝶类的基因组相同，均没有发生基因重排和缺失现象。基因组中共发现13个基因间隔区和15个基因重叠区，总长度分别为122bp和41bp。13个PCGs长度为11174bp，A+T含量为80.2%，包含3724个密码子；除COI基因使用CGA作为起始密码子外，其它12个PCGs均以ATN(ATT、ATG、ATA)作为起始密码子；除COII基因以不完整的T作为终止密码子外，其它12个PCGs均以TAA或TAG(ND1)作为终止密码子。除了tRNASer(AGN)(缺失二氢尿嘧啶臂)外，所有tRNA的二级结构都呈典型的三叶草结构。12SrRNA和16SrRNA的长度分别为775bp和1344bp，A+T含量分别为85.0%和84.4%，二级结构与其它鳞翅目昆虫相一致。A+T富集区长度为504bp，A+T含量高达93.3%；此外，该区域包含一些较为保守的结构，如类似微卫星的重复序列(TA)8、10bp或20bp的ploy-T结构以及10bp或11bp的ploy-A结构。基于13PCGs和13PCGs+2rRNAs数据集构建的系统发生树结果显示，风神绢蝶隶属于Parnassius亚属，与小红珠绢蝶(Parnassiusnomion)亲缘关系最近，并且其应该作为一个有效种，而不是夏梦绢蝶的亚种。
新测定的17种绢蝶(包含267个样本)的ITS1和ITS2序列长度范围分别为557bp-680bp和485bp-657bp，A+T含量分别为54.9%-61.5%和50.2%-55.5%。ITS1序列比对长度为792bp，其中包含保守位点423个、变异位点344个、简约信息位点284个；ITS2序列比对长度为836bp，其中包含保守位点498个、变异位点315个、简约信息位点262个。基于ITS1和ITS2联合序列数据重建的绢蝶属的系统发育树(BI和ML树)结果显示，17种绢蝶被划分为6个亚属，各亚属间的系统发生关系为：(((Driopa+Kreizbergia)+((Kailasius+Tadumia)+Koramius))+Parnassius)，绢蝶亚属作为最古老的亚属位于系统树的基部位置，并且由极高的支持值(BS=100，BPP=1)支持；其中5种具有不同地理居群的绢蝶(白绢蝶、小红珠绢蝶、西猴绢蝶、珍珠绢蝶、蓝精灵绢蝶)的单倍型均分为二大支系，且每一支系均具有其相应的生物地理分布特征。种内遗传分化分析结果表明，它们总群体的遗传多样性丰富，其中单倍型多样性(Hd)(排除小红珠绢蝶)均大于0.5，核苷酸多样性(Pi)均小于0.05；群体间遗传分化程度较高(Fst＞0.25)，基因交流相对有限(Nm＜1)；种内遗传距离和分子方差分析(AMOVA)结果显示，它们的遗传变异主要来自于不同地理居群间，表明绢蝶属种内不同地理居群间已经出现一定程度的分化。
谱系年代学分析结果显示，绢蝶属早期的多样化始于18.41Ma(95% CI:23.83-14.13Ma)的早中新世(earlyMiocene)时期，与其分布地区的地质事件相吻合，特别是早中新世至中中新世时期(20-10Ma)喜马拉雅山脉和青藏高原的进一步的抬升。17种绢蝶种间的分化和5种绢蝶种内的分化时间分别发生在约3.5Ma以及晚上新世(late Pliocene)和第四纪时期(Quaternary time)；其中，种间的分化可能与晚上新世时期(3Ma)亚洲季风强度和中亚干燥化程度的进一步加强以及发生在3.6-1.7Ma期间的西藏运动(Tibet Movement)有关，种内的分化可能与昆仑-黄河运动(Kunlun-YellowRiverTectonicMovement)(1.1-0.6Ma)以及第四纪时期该地区冰川活动加剧引起的全球变冷有关。
DNA条形码研究结果显示，ITS1和ITS2序列相对于其它4个线粒体基因片段具有较短的序列长度、较高的序列变异和核苷酸多样性、较大的种间变异和较小的种内变异以及较高的物种鉴定成功率。对17种绢蝶ITS2二级结构的预测和分析结果显示，绢蝶属蝶类ITS2二级结构符合真核生物“一环四臂”的结构模型。ITS2二级结构在亚属间差异较大，亚属内差异较小，并且其二级结构能够很好的鉴别出亚属间的物种和亚属内的绝大部分物种。因此，ITS1和ITS2可作为绢蝶属蝶类鉴定的DNA条形码，并且ITS2二级结构可作为物种鉴定的辅助手段。
基于此，本研究新测定了风神绢蝶(Parnassiusmercurius)的线粒体基因组全序列，结合本实验室暂未上传的9条序列和GenBank上已释放的7条序列，对它们的线粒体基因组进行比较分析；根据不同数据集(13PCGs和13PCGs+2rRNAs)运用最大似然法(ML)和贝叶斯推论法(BI)重建绢蝶属的系统发生树，探讨风神绢蝶的系统学位置。此外，本研究也新测了17种绢蝶共267个样本的转录间隔区ITS1和ITS2序列，初步探讨了绢蝶种间和部分代表种种内居群间的遗传分化状况；同时，运用ML和BI法重建了绢蝶属的系统发生树，依据化石记录数据和宽松分子钟方法对该属主要类群的起源与分歧时间进行推测，并结合相关的地质和古环境事件，探讨了该属蝶类起源和分化的可能地质环境背景。与此同时，基于6个DNA序列片段(ITS1、ITS2、COI、Cytb、ND1、ND5)对绢蝶属蝶类进行DNA条形码研究，并对ITS2的二级结构进行预测和分析，以期寻找到适合该属物种鉴定的有效分子标记。主要结论如下：
线粒体基因组全序列比较分析的结果显示，风神绢蝶线粒体基因组全长为15,372bp，A+T含量为81.4%，与其它已测定的16种绢蝶长度(15,328bp-15,458bp)和A+T含量(81.1%-82.0%)相近。基因组包含13个PCGs、2个rRNAs、22个tRNAs以及1个非编码的A+T富集区，基因组成结构、排列顺序和方向与其它已测定蝶类的基因组相同，均没有发生基因重排和缺失现象。基因组中共发现13个基因间隔区和15个基因重叠区，总长度分别为122bp和41bp。13个PCGs长度为11174bp，A+T含量为80.2%，包含3724个密码子；除COI基因使用CGA作为起始密码子外，其它12个PCGs均以ATN(ATT、ATG、ATA)作为起始密码子；除COII基因以不完整的T作为终止密码子外，其它12个PCGs均以TAA或TAG(ND1)作为终止密码子。除了tRNASer(AGN)(缺失二氢尿嘧啶臂)外，所有tRNA的二级结构都呈典型的三叶草结构。12SrRNA和16SrRNA的长度分别为775bp和1344bp，A+T含量分别为85.0%和84.4%，二级结构与其它鳞翅目昆虫相一致。A+T富集区长度为504bp，A+T含量高达93.3%；此外，该区域包含一些较为保守的结构，如类似微卫星的重复序列(TA)8、10bp或20bp的ploy-T结构以及10bp或11bp的ploy-A结构。基于13PCGs和13PCGs+2rRNAs数据集构建的系统发生树结果显示，风神绢蝶隶属于Parnassius亚属，与小红珠绢蝶(Parnassiusnomion)亲缘关系最近，并且其应该作为一个有效种，而不是夏梦绢蝶的亚种。
新测定的17种绢蝶(包含267个样本)的ITS1和ITS2序列长度范围分别为557bp-680bp和485bp-657bp，A+T含量分别为54.9%-61.5%和50.2%-55.5%。ITS1序列比对长度为792bp，其中包含保守位点423个、变异位点344个、简约信息位点284个；ITS2序列比对长度为836bp，其中包含保守位点498个、变异位点315个、简约信息位点262个。基于ITS1和ITS2联合序列数据重建的绢蝶属的系统发育树(BI和ML树)结果显示，17种绢蝶被划分为6个亚属，各亚属间的系统发生关系为：(((Driopa+Kreizbergia)+((Kailasius+Tadumia)+Koramius))+Parnassius)，绢蝶亚属作为最古老的亚属位于系统树的基部位置，并且由极高的支持值(BS=100，BPP=1)支持；其中5种具有不同地理居群的绢蝶(白绢蝶、小红珠绢蝶、西猴绢蝶、珍珠绢蝶、蓝精灵绢蝶)的单倍型均分为二大支系，且每一支系均具有其相应的生物地理分布特征。种内遗传分化分析结果表明，它们总群体的遗传多样性丰富，其中单倍型多样性(Hd)(排除小红珠绢蝶)均大于0.5，核苷酸多样性(Pi)均小于0.05；群体间遗传分化程度较高(Fst＞0.25)，基因交流相对有限(Nm＜1)；种内遗传距离和分子方差分析(AMOVA)结果显示，它们的遗传变异主要来自于不同地理居群间，表明绢蝶属种内不同地理居群间已经出现一定程度的分化。
谱系年代学分析结果显示，绢蝶属早期的多样化始于18.41Ma(95% CI:23.83-14.13Ma)的早中新世(earlyMiocene)时期，与其分布地区的地质事件相吻合，特别是早中新世至中中新世时期(20-10Ma)喜马拉雅山脉和青藏高原的进一步的抬升。17种绢蝶种间的分化和5种绢蝶种内的分化时间分别发生在约3.5Ma以及晚上新世(late Pliocene)和第四纪时期(Quaternary time)；其中，种间的分化可能与晚上新世时期(3Ma)亚洲季风强度和中亚干燥化程度的进一步加强以及发生在3.6-1.7Ma期间的西藏运动(Tibet Movement)有关，种内的分化可能与昆仑-黄河运动(Kunlun-YellowRiverTectonicMovement)(1.1-0.6Ma)以及第四纪时期该地区冰川活动加剧引起的全球变冷有关。
DNA条形码研究结果显示，ITS1和ITS2序列相对于其它4个线粒体基因片段具有较短的序列长度、较高的序列变异和核苷酸多样性、较大的种间变异和较小的种内变异以及较高的物种鉴定成功率。对17种绢蝶ITS2二级结构的预测和分析结果显示，绢蝶属蝶类ITS2二级结构符合真核生物“一环四臂”的结构模型。ITS2二级结构在亚属间差异较大，亚属内差异较小，并且其二级结构能够很好的鉴别出亚属间的物种和亚属内的绝大部分物种。因此，ITS1和ITS2可作为绢蝶属蝶类鉴定的DNA条形码，并且ITS2二级结构可作为物种鉴定的辅助手段。