鳞翅目昆虫线粒体基因组的结构特征分析

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ayun2009
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鳞翅目Lepidoptera昆虫广泛分布于世界各地,其中包含了广为人知的可用于监测环境变化的蝴蝶以及许多农林业重大害虫,是线粒体基因组研究的热点材料之一。线粒体基因组因其基因组成稳定,基因排列相对保守,普遍为母系遗传,极少发生重组等特点而被广泛应用于鳞翅目昆虫的演化与系统发育研究。因此,本研究通过高通量测序(PE150双末端)补充鳞翅目代表性科级阶元线粒体基因组序列,尤其是原始类群,共新测定并获取了110条鳞翅目昆虫的线粒体全基因组序列,结合NCBI上已报道的1006条鳞翅目昆虫线粒体基因组序列,总计获得了1116条鳞翅目昆虫线粒体基因组序列为研究对象,分析阐述了不同总科和科级水平的线粒体基因组特征,并总结了相应的特征规律。主要结果如下:1.鳞翅目昆虫的线粒体基因组均为环状闭合双链DNA分子,包含37个基因和1个控制区。序列长度范围为13264 bp(Platyptilia sp.)-16535 bp(茶尺蠖Ectropis obliqua Prout,1915),AT含量范围在76.0%-86.6%,其中最高的出现在小翅蛾总科中的猫儿山小翅蛾Vietomartyria maoershana Liao,Hirowatari&Huang,2020。且小翅蛾总科的所有序列的AT含量都超过85%,明显高于其他总科。对AT偏斜和GC偏斜的分析,发现小翅蛾总科在AT和GC之间的碱基偏斜更倾向于使用T和G,而鳞翅目其他总科在GC之间的碱基偏斜更倾向于使用C。2.在13个蛋白质编码基因中,起始密码子的使用类型仅在atp6和nad5(分别为ATG和ATT)中保持了很强的一致性。终止密码子存在四种类型,分别是TAA,TAG,TA和T。atp8基因与atp6基因之间存在着7 bp的重叠区域,除了小翅蛾总科Micropterigoidea显示为ATGATAG的重叠序列外,其他鳞翅目均显示为ATGATAA。RSCU分析显示UUA(L)的使用频率在13个PCG中均为最高。在13个PCG中,第二位密码子的TA比值明显高于第一位和第三位密码子,几乎都显示为“PCG-2>PCG-3>PCG-1”。以总科为单位来看,“PCG-3>PCG-2>PCG-1”出现在小翅蛾总科的nad5基因中,并出现在锚纹蛾总科Calliduloidea、蛀果蛾总科Carposinoidea、舞蛾总科Choreutoidea和米马隆蛾总科Mimallonoidea中的atp8基因上。3.在22个tRNA基因中,平均长度范围为63 bp(trn S1)-71 bp(trn K)。16S r RNA和12S r RNA的平均长度分别达到了1353 bp和774 bp。除了trn S1基因,其余21个转运RNA的二级结构都是典型的三叶草结构。除了trn I、trn K和trn R三个基因外,其余19个tRNA基因均只存在一种反密码子类型。鳞翅目线粒体基因组在总科级以上关于tRNA基因的重排,主要集中在“trn M-trn I-trn Q”和“trn T-trn P”这个基因区域。4.鳞翅目昆虫线粒体基因组的控制区CR位于12S r RNA和trn M之间,平均长度为439 bp,平均AT含量达到了93.5%。控制区存在着3个保守的结构,分别是基序ATAGA,poly-T结构和poly-A结构。在部分原始小蛾类的线粒体基因组中,这三个结构都存在着个别位置的突变,出现了类似的结构。但在蝙蝠蛾总科Hepialoidea的线粒体基因组中只存在poly-T结构,且poly-T结构位于控制区CR的起始位置,紧跟着12S r RNA的5’端。基于全线粒体基因组数据的系统发育分析结果显示鳞翅目昆虫总科级阶元演化关系为(小翅蛾总科Micropterioidea+(蛉蛾总科Neopseustoidea+(蝠蛾总科Hepialoidea+(微蛾总科Nepticuloidea+(长角蛾总科Adeloidea+(冠潜蛾总科Tischerioidea+Ditrysia)))))),结合鳞翅目昆虫线粒体基因组特征,atp8和atp6基因之间7 bp的重叠区由小翅蛾总科的ATGATAG演化为其他鳞翅目类群的ATAATAA,其线粒体基因重排规律“trn Q-trn I-trn M”→“trn I-trn Q-trn M”→“trn I-trn Q-trn M”→“trn M-trn I-trn Q”和“trn P-trn T”→“trn T-trn P”与其演化关系一致。本研究结果将对阐明鳞翅目昆虫各类群物种之间的演化特征具有一定的科学价值和实践意义。
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