六种绢蝶线粒体基因组及绢蝶属谱系发育和谱系年代分析

六种绢蝶线粒体基因组及绢蝶属谱系发育和谱系年代分析
绢蝶是隶属于凤蝶科、绢蝶亚科的一类珍稀昆虫,主要分布在古北区北部、少数在新北区西部的高山地区。

幼虫主要以景天科和紫堇科为寄主植物;成虫翅膀薄而透明,似帛如绢,故名。

全世界已记载绢蝶属蝶类约55种,中国已知33种。

迄今为止,运用分子系统学相关手段开展有关绢蝶属蝶类系统发生关系及其起源和进化方面的研究还不是很多,部分相关研究的结论也未达成一致。

另外,绢蝶属和绢蝶亚科其他类群间的相关研究也比较匮乏,少数研究结果还有待于进一步验证。

昆虫线粒体基因组(mitochondrial genome,mitogenome)具有大小适中、便于分析,母系遗传且几乎不发生基因重组等特点,近十年来,它们已成为进化生物学研究领域一个十分有效的工具。

本文扩增了六种绢蝶属蝶类的线粒体基因组,结合已知绢蝶种类的相应序列数据进行比较分析,研究它们的基因组组成和变异特点;同时,根据所获得的四个基因序列(COI、ND1、ND5、lr RNA)组合数据构建了绢蝶属44个物种间的系统发生树,并结合相关形态学性状探讨了它们之间的系统发生关系。

另外,依据化石记录资料,采用宽松分子钟方法估算凤蝶科蝶类(包括绢蝶)的起源和分歧时间,以期丰富蝶类谱系年代学研究数据。

本文涉及的六种绢蝶和其它凤蝶科蝶类类似,它们线粒体基因组的长度均为15.3 kb左右,包括13个蛋白编码基因(PCGs)、2个核糖体RNA基因(lrRNA和srRNA)、22个转运RNA基因(tRNA)和一段富含AT碱基的非编码区(D-loop)。

基因组的相邻基因间存在重叠或间隔现象,间隔区分别有12至15个,长度由1 bp 至52 bp不等,其中,tRNAGln和ND2间的间隔区序列长度最长,且与ND2序列相
似度很高,推测可能由ND2序列中部分区域重复复制后经长期变异形成。

重叠区11或12个,长度1 bp至8 bp不等。

ATP8与ATP6之间的重叠区非常保守,均为一段长度为7 bp的序列(ATGATAA),推测其功能为形成发夹结构而进行转录后修饰。

所有基因组的核苷酸组成上,A+T含量均远高于G+C,占总核苷酸量的81.5%左右,且D-loop区A+T含量最高,达90%以上。

本研究基于绢蝶属蝶类四个线粒体基因序列片段,以最大似然法(maximum likelihood,ML)和贝叶斯演绎法(bayesian inference,BI)重建的系统树均显示,44种绢蝶属蝶类的八个亚属共分为五大支系,其系统发生关系
为:((((Kreizbergia+Driopa)+(Lingamius+Tadumia)+Parnassius)+(Kailasius +Koramius))+Sachaia)。

这一研究结果与前人的相关研究结论之间有明显的出入。

同时,依据周氏绢蝶在系统树中的位置和形态学特征分析,认为其应另成新种,而非四川绢蝶青海亚种。

本研究还基于凤蝶科线粒体基因组的13个蛋白编码基因重建了凤蝶科主要类群的系统树,基于宽松分子钟方法和适宜的化石记录校正点,推测了凤蝶科蝶类主要类群(包括绢蝶属)的起源和分歧时间。

结果显示,凤蝶科蝶类起源于距今约80百万年前(Ma)的中生代白垩纪末期,可能是由于该时期被子植物的繁盛为蝶类提供了更多可供选择的寄主植物有关;绢蝶属蝶类分歧时间为距今约20 Ma 的新近纪中新世早期,该时期青藏高原隆起成型、气候持续低下而导致它们形成一个渐进适应高海拔特殊环境的高山类群。