鸡形目、鹤形目和雀形目七种鸟类线粒体全基因组的测定与分析

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相对于核基因组来说,线粒体基因组具有分子量小、结构简单、基因排列紧密、严格母系遗传、进化速率较快和无组织特异性等特点。近年来,线粒体DNA(mtDNA)已被作为重要的分子标记,应用于推断很多分类等级的系统发育关系。本研究中,我们通过LA-PCR和巢式PCR(nested PCR)等技术克隆并测序了黄腹角雉(Tragopan caboti)、蓝马鸡(Crossoptilon auritum)、环颈雉(Phasianus colchicus)、红点颏(Luscinia calliope)、白腹姬鹟(Cyanoptilacyanomelana)、白眉姬鹟(Ficedula zanthopygia)和红骨顶(Gallinula chloropus)的线粒体全基因组序列。基于获得的新数据,我们探讨了如下五个问题:(1)鸡形目(Galliformes)黄腹角雉、蓝马鸡和环颈雉的线粒体基因组特征;(2)雀形目(Passeriformes)红点颏、白腹姬鹟和白眉姬鹟的线粒体基因组特征;(3)鹤形目(Gruiformes)红骨顶线粒体基因组特征;(4)鸡形目鸟类系统发育分析;(5)鸡形目鸟类分歧时间的研究。1.黄腹角雉、蓝马鸡和环颈雉线粒体基因组全序列分析分析结果:黄腹角雉、蓝马鸡和环颈雉的线粒体基因组全长分别为16,727bp,16,687bp和16,692bp,包括13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和一个非编码控制区;黄腹角雉、蓝马鸡和环颈雉的nad3基因的第174位点存在一个额外插入的“C”;黄腹角雉、蓝马鸡和环颈雉的控制区长度分别为1,177bp,1,146bp和1,147bp,可分为3个区:domainI~III;黄腹角雉、蓝马鸡和环颈雉的线粒体基因组结构、碱基组成和基因排列顺序均与鸡形目其他物种相似。2.红点颏、白腹姬鹟和白眉姬鹟线粒体基因组全序列分析分析结果:红点颏、白腹姬鹟和白眉姬鹟线粒体基因组全长分别为16,841bp,16,802bp和16,794bp,包括13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和一个非编码控制区;红点颏、白腹姬鹟和白眉姬鹟nad3基因不存在额外插入的“C”;控制区长度分别为1,257bp,1,241bp和1,213bp,与雀形目的很多鸟类不同,红点颏、白腹姬鹟和白眉姬鹟只有一个非编码控制区;线粒体基因组碱基组成与雀形目其他物种相似。3.红骨顶线粒体全序列分析分析结果:红骨顶线粒体基因组全长为17,016bp,包括13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和一个非编码控制区;nad3基因的第174位点存在一个额外插入的“C”,并且起始密码子为ATT,cox1基因的起始密码子为GTG,区别于其他基因的起始密码子;线粒体基因组碱基组成与鹤形目其他物种相似。4.鸡形目鸟类系统发育分析本节内容选取鸡形目已报道物种的线粒体基因组作为内类群,雁形目的两个物种作为外类群,用最大简约法(MP)、最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)构建了鸡形目37个物种的系统发育树。分析得出结果为:(1)山鹑属(Perdix)鸟类与鹇属(Lophura)鸟类在系统发育树中聚为一枝,且具有较高的支持率,认为其亲缘关系较近;(2)冢雉(Megapode)是鸡形目其他所有物种的姐妹群,并具有较高的支持率;(3)鸡形目和雉科(Phasianidae)均为单系(BI树支持率为1.00,MP树和ML树的bootstrap值均为100%),雉亚科(Phasianinae)并非单系;(4)火鸡(turkey)属于雉科。5.鸡形目鸟类分歧时间研究本研究采用松弛分子钟选取22个物种的13个蛋白质编码基因的核苷酸序列,并使用三个化石校准点(Gallus bravardi, Schaubortyx和Gallinuloides)估算鸡形目主要类群的分歧时间,不同方法估算结果如下:(1)冢雉科(Megapodiidae)起源于晚白垩纪(Late Cretaceous),(2)珠鸡科(Numididae)、雉科(Phasianidae)以及雉科的山鹧鸪亚科(Arborophilinae)和鹌鹑亚科(Coturnicinae)起源于始新世的古近纪时期,(3)雉科的孔雀亚科(Pavoninae)和原鸡亚科(Gallininae)起源于第三纪下层与渐新世的交界时期(Eocene-Oligocene),(4)雉科的大部分属鸟类的起源时间可能更早,本研究估算鸡形目鸟类分歧时间是基于鸡形目鸟类线粒体全基因组序列之上,因此关于鸡形目鸟类进化历史的分歧时间可能更准确。
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