基于线粒体基因组的卫氏并殖吸虫系统发育与复殖吸虫分子进化分析

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目的:通过对来源于中国福建的卫氏并殖吸虫的线粒体基因组进行序列和结构分析,构建不同地域来源卫氏并殖吸虫系统发育关系,以探讨亚洲地区卫氏并殖吸虫进化和传播中的遗传学基础。再从卫氏并殖吸虫扩大到复殖亚纲吸虫,分析各吸虫线粒体基因组的变异和系统发育关系,探究在选择压力下线粒体各基因可能存在的适应性进化。方法:从福建省捕获的溪蟹中分别分离出直径为380~420μm的并殖吸虫大囊蚴和直径为320~340μm的小囊蚴感染犬,2月后解剖病犬,分别收集成虫及虫卵。观察其形态异同,测定两型囊蚴来源成虫的线粒体全基因组序列,并进行序列和结构比较,然后对不同地域来源的卫氏并殖吸虫进行分子变异和系统发育关系分析。将研究范围从卫氏并殖吸虫进一步扩大到复殖亚纲吸虫,比较分析各吸虫线粒体基因组序列的基本结构,计算各蛋白编码基因在氨基酸水平的变异情况;联合蛋白编码基因,构建复殖亚纲吸虫的系统发育关系。根据寄生虫与宿主共进化假设设定化石矫正点,估算复殖亚纲吸虫各类群分化的分歧时间。以复殖亚纲吸虫的7个类群为前景枝,对各线粒体基因的正向选择进行分析;并以并殖吸虫的cox3基因为例,从蛋白质结构上预测其正向选择位点的分子效应。结果:大、小两型囊蚴分别感染犬后,获得的成虫和虫卵经形态学鉴定,符合卫氏并殖吸虫的特征;虫卵在长、宽上均有显著性差异,大囊蚴感染后所获的较大。序列分析发现,成虫ITS2与已公布的卫氏并殖吸虫ITS2序列完全一致;线粒体基因组的蛋白编码区序列基本一致,主要变异位于前非编码区。滑动窗口分析显示,不同地域来源的卫氏并殖吸虫线粒体基因组间,多态性最大区域位于nad4基因内。系统发育分析发现:两型并殖吸虫均聚入卫氏并殖吸虫的中国地域分支,与韩国/日本地域株关系较近,与(东)南亚地域株的遗传距离较远。复殖亚纲吸虫线粒体基因组的蛋白编码基因呈现出两种不同的排列顺序,部分物种存在t RNA基因的重复和重排。各吸虫线粒体基因的氨基酸序列的平均相似度为50.84%,各目间吸虫的氨基酸变异程度为44.45%~61.66%,目内各科间的氨基酸相似度差异亦较大,为45.51%~89.70%。通过系统发育分析显示,复殖亚纲吸虫可分为7大类群,除混合组、斜睾目Xiphidiata亚目吸虫外,其他吸虫均按所归属的亚目/总科聚类;后睾目吸虫没有和斜睾目吸虫形成平行分支,而聚于斜睾目吸虫内而形成一亚支。时间树结果显示,复殖吸虫螺宿主新进腹足亚纲与异鳃亚纲的分化时间应早于斜睾属(科)和后睾目最近共同祖先的分化时间。正向选择分析筛选出了复殖亚纲吸虫各类群在线粒体基因上存在的多个正向选择位点,除nad2亚基外均检测到正向选择位点,多分布在电子传递链复合物I所属亚基上,其中nad5亚基上最多;cox3亚基仅在并殖吸虫中存在正向选择。结论:本研究获取了卫氏并殖吸虫中国福建株的线粒体全基因组序列。大小囊蚴发育成的虫体均属于卫氏并殖吸虫,在线粒体基因组水平上未发生明显遗传分化;东亚和(东)南亚地域株系的存在一定的遗传距离,形成了明显的遗传分化。复殖亚纲吸虫的线粒体基因在不同目间及科间的变异水平不同,提示现有的分类系统不能准确反映分子变异的程度,特别是后睾目和斜睾目吸虫的系统发育地位需要进一步探讨。复殖亚纲吸虫各类群在除nad2外的线粒体各基因上均具有正向选择位点,提示其在不同的环境和压力下发生了适应性进化,复合物I是其中主要的进化途径。有氧环境可能是并殖吸虫cox3基因发生适应性进化的驱动因素。
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