二种灰蝶线粒体基因组及中国灰蝶主要类群间的系统发育分析

来源 :安徽师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kelly2003
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灰蝶科(Lycaenidae)隶属于昆虫纲鳞翅目,是一类分布广泛的中小型蝴蝶,主要包括线灰蝶亚科(Theclinae)、眼灰蝶亚科(Polyommatinae)、灰蝶亚科(Lycaeninae)、银灰蝶亚科(Curetinae)和云灰蝶亚科(Miletinae)。全世界已记载的灰蝶约6000种,中国约280种。由于灰蝶类通常体型较小,一些近缘分类群间的形态学性状差异较少,难于进行比较鉴别等原因,迄今为止,国内外学者对灰蝶科的较高级分类阶元间的系统分类和系统发育的研究,尤其是运用分子系统学手段探讨相关问题的研究还十分匮乏,少数研究结果对部分高级阶元的划分存在不同的看法。因而,灰蝶科的系统分类学和起源进化有待于更多昆虫学研究者的进一步研究。昆虫线粒体基因,包括线粒体基因组全序列数据是探讨昆虫较低层次分类阶元间系统分类和系统发育的有效工具。迄今,已经报道的灰蝶线粒体基因组全序列仅有9个,远远少于其他蝶类类群的相应序列数据。  本文利用PCR技术测得了灰蝶科2个代表种(蚜灰蝶 Taraka Hamada和婀灰蝶 Albulina orbitula)的线粒体基因组全序列(complete mitochondrial genome, mitogenome),并与GenBank中已发表的其它灰蝶的线粒体基因组全序列的基因组成和结构特征进行比较分析。结果显示:蚜灰蝶和婀灰蝶的线粒体基因组环状DNA分子的长度分别是15545 bp和15344 bp,并与其他9种灰蝶一样,共编码37个基因,即13个蛋白质编码基因(PCGs)(ATP6,ATP8,COI-III,ND1-6,ND4L和Cytb),22个转运RNA基因(tRNAs),2个核糖体RNA基因(rRNAs)(lrRNA和srRNA),另外还包括一个非编码的A+T丰富区(A+T-rich region),11种灰蝶线粒体基因组全序列以及其中的PCGs、lrRNA、srRNA基因均表现出明显的AT偏向性;11种灰蝶的线粒体基因组均包括多个基因间隔区和重叠区,最大的间隔区域均位于tRNAGln与ND2基因之间,并都存在两个较为保守的重叠区域,分别在tRNATrp与tRNACys之间(8 bp)以及ATP8与ATP6之间(7 bp);11种灰蝶的蛋白编码基因除了COI基因以CGA作为起始密码子,其他基因均由ATN(ATA、ATT、ATC和ATG)作为起始密码子,而终止密码子大多为TAA,少数为TAG或单个碱基T;蚜灰蝶和婀灰蝶的A+T丰富区长度分别为672 bp和414 bp,A、T含量分别为91.7%和90.1%,与其他灰蝶一样,具有标志性的“ATAGA”模块和“ATTTA”模块以及部分微卫星重复序列。  本研究以两种蛱蝶作为外群,基于线粒体基因组13个蛋白编码基因序列数据,利用最大似然法(maximum likelihood, ML)和贝叶斯演绎法(bayesian inference, BI)重建上述11种灰蝶的系统发育树。结果表明,重建的两棵系统树具有相同的拓扑结构,灰蝶主要亚科级分类阶元之间的系统发生关系为:(((((线灰蝶亚科+眼灰蝶亚科)+灰蝶亚科)+线灰蝶亚科)+银灰蝶亚科)+云灰蝶亚科)。为了探讨灰蝶科主要类群之间的系统发生关系,对我国分布的灰蝶科亲缘关系较近的3个主要亚科(灰蝶亚科、线灰蝶亚科以及眼灰蝶亚科)共53种灰蝶的线粒体COI和Cytb基因进行序列测定和序列变异分析,并基于最大似然法和贝叶斯法等建树方法重建了它们的系统发育树。序列分析结果显示:串联的2个基因共1431 bp,其中保守位点855个,可变位点576个,简约信息位点488个;A+T的平均含量为74.5%,明显高于G+C的平均含量(25.5%)。ML和BI系统树均显示,灰蝶亚科以及眼灰蝶亚科均是单系发生,线灰蝶亚科则为并系群。全部灰蝶物种共分为三大支系:灰蝶亚科为第1支系;眼灰蝶亚科与线灰蝶亚科中的旖灰蝶族(Hypolycaenini)、富丽灰蝶族(Aphnaeini)分别构成单系群并互为姊妹群,它们共同构成第2支系;线灰蝶亚科中的美灰蝶族(Eumaeini)、玳灰蝶族(Deudorigini)、娆灰蝶族(Arhopalini)和线灰蝶族(Theclini)构成第3支系,其亲缘关系为:(((线灰蝶族+娆灰蝶族)+玳灰蝶族)+美灰蝶族)。本研究涉及的3个灰蝶亚科中,灰蝶亚科是一个独立的支系,眼灰蝶亚科与线灰蝶亚科之间有较近的亲缘关系,但它们内部主要类群间的系统发育关系还有待于样本量和基因序列数据增加基础上的进一步研究。
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