四种脉翅目昆虫全线粒体基因组的测定比较分析

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chaohushixi
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本研究运用Long-PCR与Sub-PCR法扩增序列测定了 4种脉翅目(Neuroptera)昆虫:长裳帛蚁蛉(Bullanga foridaNavas,1913),日本螳蛉(Mantispajaponica MacLachlan,1875),汉优螳蛉(Eumantispa harmandi Navas,1909)和铜头螳蛉(Eudimacia bacia Okamoto,1911)的全线粒体基因组序列并完成了注释及分析比较。结合GenBank中已经公布的21种脉翅总目(Neuropterida)昆虫的全线粒体基因组序列,以广翅目(Megaloptera)和蛇蛉目(Raphidioptera)昆虫作为外群使用最大似然法和贝叶斯法重建系统发育树,针对脉翅目的系统发育关系进行了初步探讨。研究得出的结果主要有以下几点:.1.4种脉翅目昆虫线粒体基因组全序列(mtDNA)长度分别为:长裳帛蚁蛉15937 bp,日本螳蛉16106 bp,汉优螳蛉15741 bp,铜头螳蛉15899 bp,均包含13 个蛋白质编码基因(PCGs)(cox1-3,atp6,atp8,nad4l,nad1-22 na4cytb)、个 tRNA基因、2个rRNA基因(rrnL,rrnS)和1个A+T富集区,各基因次序及转录方向一致。4个物种mtDNA基因排列顺序均发生WC转位情况,即ttnC排在trnW前面,这种排列存在于除溪蛉科外的脉翅目其他科中。MtDNA全序列碱基组成存在明显的AT偏斜性,A+T总含量汉优螳蛉80.6%,长裳帛蚁蛉73.3%,铜头螳蛉80.3%,日本螳蛉79.3%。2.蛋白质编码基因的A+T含量分别为:长裳帛蚁蛉71.2%,日本螳蛉78.1%,铜头螳蛉78.1%,汉优螳蛉79.0%;四个物种蛋白编码基因密码子的第3位点A+T含量最高。对于蛋白质同义密码子使用的相对概率(RSCU)也反映一定的AT含量偏向性,密码子以A和T开头或者结尾的明显高于其他同义密码子使用频率。日本螳蛉、铜头螳蛉、汉优螳蛉cox1的起始密码子都是ACG,长裳帛蚁蛉cox1的起始密码子是ATG,4个物种蛋白质基因cox1、cox2、nad5、nad4使用不完全的终止密码子T,其余PCGs的终止密码子都是完全的TAA。3.4种脉翅目昆虫mtDNA基因间存在一些基因间隔区和重叠区。长裳帛蚁蛉在trnI-trnQ之间的非编码基因间隔区间隔最短,为57 bp,铜头螳蛉最长,为91 bp;日本螳蛉trnS(UCN)-nadl之间的基因间隔相对其他三个物种较大。4个物种均存在长度为7 bp相对稳定的重叠区:atp8-atp6和nad4-nad4L,在其他昆虫中也存在相同的重叠区,猜测与特定的基因功能相关。4.汉优螳蛉的22个tRNA基因都形成典型的三叶草结构,长裳帛蚁蛉、日本螳蛉、铜头螳蛉的trnS(AGN)缺失DHU臂。在4个物种的tRNA基因二级结构中都存在一些碱基错配的情况,长裳帛蚁蛉发生错配最多。发生错配最多的碱基对为G-U,其次是U-U,A-C。4个物种G-U错配的位置多发生在氨基酸接受臂。5.4个物种的rrnL和rrnS基因均位于N链。长裳帛蚁蛉、日本螳蛉、铜头螳蛉和汉优螳蛉的rrnL和rrnS长度分别为:1325 bp/776 bp、1307 bp/783 bp、1305 bp/791 bp、1297 bp/786 bp。A+T 富集区介于基因 rrnS 和基因簇trnI-trnQ-trnM之间,长度分别为:长裳帛蚁蛉1066 bp,日本螳蛉1281 bp,铜头螳蛉1092 bp,汉优螳蛉936 bp,其中长裳帛蚁蛉A+T含量是脉翅总目中最低的。4个物种线粒体基因组的A+T富集区都形成一个茎环结构。6.本研究基于PCGs和PCGs&rRNAs数据集利用最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)构建脉翅目的系统发育树。两种系统树的拓扑结构略有差异,脉翅目主要分为三大支序,最基部的是溪蛉科单独聚为一支,其余褐蛉亚目(Hemerobiformia)各科和蚁蛉亚目(Myrmeleontiformia)各科分别聚为一大支,这两个亚目的的单系性得到支持,褐蛉亚目内各科之间的关系复杂,铜头螳蛉、汉优螳蛉和日本螳蛉聚在一起构成姐妹群关系,支持螳蛉科(Mantispidae)的单系性。蚁蛉亚目内部的系统发生关系:(细蛉科(Nymphidae)+(蚁蛉科(Myrmeleontidae)+蝶角蛉科(Ascalaphidae))),蚁蛉科的3个物种长裳帛蚁蛉、浅蚁蛉(Myrmeleon immanis)和班克溪蚁蛉(Epacanthaclisis banksi)并未聚成一支,所以蚁蛉科的单系性受到质疑,仍需后续研究。
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