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线粒体基因组序列及其结构在昆虫系统学中已得到越来越多的应用,而关于蜉蝣基因组的报道却十分罕见。作为有翅昆虫中起源较早的一支,相信更多蜉蝣目物种线粒体基因组的测定和结构重建可以为相关研究提供有用信息。
本研究测定了易获取的刺铗细蜉Caenis pycnacantha sp.nov.(细蜉科Caenidae)和逸仙丽翅蜉Alainitesyixiani comb.nov.(四节蜉科 Baetidae)两物种的线粒体基因组全序列,并重建了它们的二级结构。由于这两科蜉蝣虫体一般较小、结构退化、成虫与稚虫有时很难对应等原因,其分类地位一直存有争议。其本地代表种类线粒体基因组的测定也许可以为系统学研究提供更多的线索和资料。
本研究所用材料均采自南京紫金山。在材料准备和物种鉴定过程中,发现细蜉科一新种,我们将其命名为刺铗细蜉Caenis pycnacantha sp.nov.;并据标本认为逸仙四节蜉Baetisyixiani应该为逸仙丽翅蜉Alainitesyixiani comb.nov。因其稚虫右上颚的臼齿明显呈现为两根刺状、成虫后翅具3根纵脉,完全符合丽翅蜉属的属征。
本研究采用长距离聚合酶链式反应(Long PCR)和常规PCR扩增线粒体基因组后,通过PCR产物直接测序和克隆菌斑的测序策略,获得并分析了刺铗细蜉和逸仙丽翅蜉线粒体基因组的结构及其序列特征,包括基因排列顺序、碱基组成、控制区及非编码区、13种蛋白质编码基因、2种rRNA基因和22种tRNA基因序列及二级结构特征、基因的密码子使用及氨基酸组成等。结果显示:
1)刺铗细蜉和逸仙丽翅蜉线粒体全基因组均为双链环状分子,基因组序列分别为15,351 bp和14,581 bp,两个线粒体基因组均包含了与其他节肢动物一致的37个基因(13种蛋白质基因、22种tNRA基因和2种rRNA基因)和一个A+T富含区。
2)在基因排列顺序上,刺铗细蜉线粒体基因组成与典型的后生动物线粒体DNA相似,无重排;而逸仙丽翅蜉的trnC和trnY发生易位,分别插入到trnI与trnQ、trnQ与trnM之间,而且前者由β链倒位到α链上。该特征在其他已测出的3种蜉蝣目昆虫中并未发现。
3)两种蜉蝣线粒体蛋白质编码基因中,除刺铗细蜉的cozl基因使用TCG外,其他所有基因都以ATN作为起始密码子。两种蜉蝣除刺铗细蜉的cytb基因存在1个不完全的T外,都以TAA或TAG作为终止密码子。
4)刺铗细蜉和逸仙丽翅蜉基因组中22个tRNA基因的反密码子与多数节肢动物一样,二级结构也很保守,除逸仙丽翅蜉trnK和trny缺失DHU臂外都可折叠成典型的三叶草结构。
5)刺铗细蜉和逸仙丽翅蜉线粒体基因组的蛋白质编码基因、rRNA基因和tRNA基因均存在很强的碱基A+T含量偏向性,整个线粒体基因组序列也存在很高的A+T含量偏向性,其中控制区的A+T含量在两种中分别为73.9%、63.7%,这符合昆虫mtDNA控制区碱基组成偏向性的特征。