我國蜥蜴科動(dòng)物線粒體基因組全序列的研究現(xiàn)狀

馬微微 劉 歡 趙文閣 劉 鵬

(哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，哈爾濱，150025)

我國蜥蜴科動(dòng)物線粒體基因組全序列的研究現(xiàn)狀

馬微微 劉 歡 趙文閣 劉 鵬*

(哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，哈爾濱，150025)

線粒體基因組全序列的研究是近年來分子生物學(xué)研究的重要課題之一。本文對(duì)目前GenBank上公布的中國9種蜥蜴科動(dòng)物線粒體基因組全序列的長(zhǎng)度及組成進(jìn)行分析，建立系統(tǒng)發(fā)育樹，探討蜥蜴科物種的起源、演化和親緣關(guān)系。

線粒體基因組；

線粒體是真核生物必不可少的細(xì)胞器，它不僅攜帶自身的遺傳物質(zhì)，同時(shí)擁有獨(dú)特的遺傳密碼[1]。線粒體DNA是動(dòng)物體內(nèi)唯一發(fā)現(xiàn)的核外遺傳物質(zhì)，是研究動(dòng)物遺傳進(jìn)化十分有效的標(biāo)記物質(zhì)[2-4]，具有分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、嚴(yán)格的母系遺傳、進(jìn)化速度快、無重組等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于動(dòng)物的起源、演化和分類，以及群體遺傳結(jié)構(gòu)和親緣關(guān)系的研究[5-6]。

線粒體基因組較小且容易純化，因此，對(duì)于線粒體基因組的研究是近年來分子生物學(xué)研究的重要課題之一[7]。在常用的分子標(biāo)記中，線粒體基因組中的Cytb、COX1等進(jìn)化速率快，多應(yīng)用于物種親緣關(guān)系的研究；12S rRNA和16S rRNA較保守，進(jìn)化速度相對(duì)較慢，可用于解決較高級(jí)階元的分類地位[8]。隨著DNA測(cè)序技術(shù)不斷地完善和更新，越來越多物種的線粒體基因組全序列被報(bào)道[9]，對(duì)其基因組成、排列方式、堿基含量及長(zhǎng)度等信息進(jìn)行分析和比較，并建立系統(tǒng)進(jìn)化樹，成為現(xiàn)階段研究動(dòng)物分子系統(tǒng)發(fā)生最有力的證據(jù)[10]。

目前，除了用傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)[11]和地理聚類[12]的方法來研究我國蜥蜴科動(dòng)物的分類和發(fā)育關(guān)系外，用12S rRNA和16S rRNA等線粒體基因作為分子標(biāo)記也被用廣泛來探討蜥蜴科屬和亞屬之間的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系和物種的進(jìn)化問題[13-15]，而線粒體基因組全序列是唯一可以提供基因組水平上進(jìn)行系統(tǒng)研究的分子標(biāo)記[16]。因此，通過對(duì)GenBank上我國蜥蜴科線粒體基因組全序列進(jìn)行比較和分析，弄清我國目前已經(jīng)報(bào)道線粒體基因組全序列的蜥蜴科物種的種類，并對(duì)其線粒體基因組全序列進(jìn)行比較和分析具有重要意義，在此基礎(chǔ)上建立系統(tǒng)發(fā)育樹，為全面探索蜥蜴科動(dòng)物系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系提供證據(jù)，為今后同類研究提供參考依據(jù)。

1 我國蜥蜴科已報(bào)道線粒體基因組全序列的種類

我國蜥蜴科動(dòng)物共有4屬21種[17]，截止到2015年11月28日，通過NCBI 檢索到GenBank已經(jīng)公布的我國蜥蜴科線粒體DNA基因組全序列的物種有3屬9種(公布時(shí)間為2009年1月7日～2015年7月22日)，包括麻蜥屬5種、蜥蜴屬2種、草蜥屬2種，分別為麗斑麻蜥(Eremiasargus)、山地麻蜥(Eremiasbrenchleyi)、密點(diǎn)麻蜥(Eremiasmultiocellata)、荒漠麻蜥(Eremiasprzewalskii)、蟲紋麻蜥(Eremiasvermiculata)、胎生蜥蜴(Lacertavivipara)、捷蜥蜴(Lacertaagilis)、南草蜥(Takydromussexlineatus)、白條草蜥(Takydromuswolteri)，其中，密點(diǎn)麻蜥和蟲紋麻蜥公布了2個(gè)地點(diǎn)不同種群的線粒體基因組全序列，但序列長(zhǎng)度和堿基組成有明顯差異(表1)。另外，快步麻蜥(Eremiasvelox)和崇安地蜥(Platyplacopussylvaticus)僅公布了線粒體DNA基因組部分序列。

表1 GenBank已經(jīng)公布的我國蜥蜴科動(dòng)物線粒體基因組全序列(截止2015年11月28日)

Tab.1 Mitochondrial genome complete sequence of Lacertidae family in China on GenBank(By the end of Novermber 28，2015)

2 我國蜥蜴科動(dòng)物線粒體基因組全序列的長(zhǎng)度及組成

這9種蜥蜴的線粒體基因組全序列長(zhǎng)度為17 046 ～19 914 bp，平均長(zhǎng)度為18 672 bp。4種堿基中，G的含量最低，平均為13.37%，T和C的含量較為接近，分別占29.12%和26.5%，A含量最高，平均為31.02%，且A+T的含量大于G+C(表1)。

蜥蜴科動(dòng)物的線粒體基因組一般由13個(gè)蛋白基因(包括NADH氧化還原酶7個(gè)亞基基因——ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND5和ND6，ATP酶2個(gè)亞基基因——ATP6和ATP8)，細(xì)胞色素C氧化酶3個(gè)亞基基因——COX1、COX2、COX3，細(xì)胞色素b基因——Cytb[18-21]，22個(gè)tRNA(包括tRNAPhe、tRNAVal、tRNALeu(UUR)、tRNAIle、tRNAGln、tRNAMet、tRNATrp、tRNAAla、tRNAAsn、tRNACys、tRNATyr、tRNASer(UCN)、tRNAAsp、tRNALys、tRNAGly、tRNAArg、tRNAHis、tRNASer(AGY)、tRNALeu(CUN)、tRNAGlu、tRNAThr、tRNAPro)，2個(gè)rRNA(包括12S rRNA和16S rRNA)，1個(gè)控制區(qū)(D-loop)組成，呈共價(jià)閉合環(huán)狀，與其他脊椎動(dòng)物線粒體基因組的結(jié)構(gòu)相似[22～23]。

3 我國蜥蜴科動(dòng)物線粒體基因組全序列的比較

我國蜥蜴科9種蜥蜴線粒體基因組全序列的組成和長(zhǎng)度在種間和種內(nèi)均有明顯變化，其中13個(gè)蛋白基因的起始密碼子多為atg，終止密碼子多為taa；ND2長(zhǎng)度為1 033 bp，ND4長(zhǎng)度為1 381 bp，COX3序列長(zhǎng)度為784 bp，ND3序列長(zhǎng)度為346 bp，ND4L序列長(zhǎng)度為297 bp，ATP8序列長(zhǎng)度為162 bp，Cytb序列長(zhǎng)度為1 143 bp，以上7種基因長(zhǎng)度在種間沒有變化；ND1的序列長(zhǎng)度為969 bp(南草蜥為966 bp)，COX1序列長(zhǎng)度為1 545 bp(麗斑麻蜥為1 557 bp、胎生蜥蜴為1 548 bp)，COX2序列長(zhǎng)度為688 bp(胎生蜥蜴為685 bp)，ATP6序列長(zhǎng)度為681 bp(南草蜥和捷蜥蜴為680 bp)，ND5序列長(zhǎng)度為1 824 bp(胎生蜥蜴、南草蜥、白條草蜥為1 827 bp)，以上5種基因長(zhǎng)度在個(gè)別物種內(nèi)有變化；ND6基因長(zhǎng)度在種間變化較大，其中麗斑麻蜥、密點(diǎn)麻蜥、荒漠麻蜥、蟲紋麻蜥的序列長(zhǎng)度為522 bp，山地麻蜥、捷蜥蜴、白條草蜥為516 bp，胎生蜥蜴為519 bp，南草蜥為513 bp(表2)。

對(duì)9種蜥蜴非結(jié)構(gòu)基因的分析結(jié)果表明，22個(gè)tRNA的長(zhǎng)度均較小，為60～75 bp，物種間變化較小，12S rRNA的長(zhǎng)度為946～954 bp，物種間變化較小，16S rRNA的長(zhǎng)度為1 518～1 563 bp，物種間變化均較大，D-loop的長(zhǎng)度為1 665～4 526 bp，物種間變化均較大(表2)。

表2 蜥蜴科9種蜥蜴線粒體基因組結(jié)構(gòu)特征

Tab.2 9 Species’ mitochondrial genome structure characteristics of the family Lacertidae

續(xù)表2

4 基于線粒體基因組全序列的我國9種蜥蜴科動(dòng)物進(jìn)化關(guān)系

使用MEGA6.0軟件中的最大似然法(Maximum-Likelihood，ML)和鄰接法(Neighbour-Joining，NJ)對(duì)9種蜥蜴(共11個(gè)全序列)進(jìn)行建樹分析(圖1)，以長(zhǎng)棘蜥(Acanthosauraarmata)為外群，以獲取系統(tǒng)發(fā)育樹的根。結(jié)果表明整個(gè)系統(tǒng)樹的置信度很高，2種不同方法構(gòu)建的系統(tǒng)樹結(jié)果基本一致，其中，麻蜥屬(Eremias)的5個(gè)物種聚到一個(gè)分支，草蜥屬(Takydromus)與蜥蜴屬(Lacerta)聚到一個(gè)分支，說明后2個(gè)屬之間的親緣關(guān)系較近。

圖1 基于線粒體基因組全序列的我國蜥蜴科9種蜥蜴系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.1 Phylogenetic tree of 9 species within the family Lacertidae in China based on the mitochondrial genome complete sequences上圖為ML樹，下圖為NJ樹；(1)密點(diǎn)麻蜥(NC025304)，(2)密點(diǎn)麻蜥(KJ664798)，(3)荒漠麻蜥(NC0259294)，(4)麗斑麻蜥(NC016755)，(5)山地麻蜥(NC011764)，(6)蟲紋麻蜥(NC025320)，(7)蟲紋麻蜥(KP981389)，(8)捷蜥蜴(KC990830)，(9)胎生蜥蜴(NC026867)，(10)南草蜥(NC022703)，(11)白條草蜥(NC018777)，(12)長(zhǎng)棘蜥(NC014175)

5 結(jié)論

利用線粒體基因組進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育研究可以更深入地比較物種間和種群間的遺傳多樣性差異，能夠更好地補(bǔ)充形態(tài)學(xué)和生態(tài)學(xué)方面的研究工作，但目前我國蜥蜴科動(dòng)物線粒體基因組全序列的測(cè)序和報(bào)道工作還不夠全面，完成更多物種線粒體基因組全序列的測(cè)序工作將對(duì)蜥蜴科種間系統(tǒng)發(fā)育和物種起源的研究具有重要意義。

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Study on Mitochondrial Genome Complete Sequence of Lacertidae in China

Ma Weiwei Liu Huan Zhao Wenge Liu Peng*

(College of Life Science and Technology，Harbin Normal University，Harbin，150025，China)

Mitochondrial genome complete sequence is one of the important topics in molecular biology research in recent years.We analyzed the length and composition of mitochondrial genome complete sequence for 9 species of Lacertidae in China，and we developed a phylogenetic tree of the 9 species from GenBank data.Based on these results，we can explore the origin，evolution and the relationship of species of Lacertidae.

Mitochondria genome；

稿件運(yùn)行過程

2015-12-06

修回日期：2015-12-22

發(fā)表日期：2016-02-10

Q959.6 Q78

A

2310-1490(2016)01-25-05

全序列；

蜥蜴科

Complete sequence；

Lacertidae

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31172079)

馬微微，女，27歲，碩士研究生；主要從事動(dòng)物分子生態(tài)學(xué)研究。

*通訊作者：劉鵬，E-mail：liupeng111111@163.com