四种绢蝶线粒体基因组及绢蝶属的系统发生研究

摘要

绢蝶属（Parnassius）隶属于凤蝶科（Papilionidae）、绢蝶亚科（Parnassiinae）。它们主要分布在东洋区以及古北区，少数分布在欧洲和新北区。全球已记载的约57种，其中中国35种。迄今为止，国内外学者对于绢蝶属属内的系统发生关系和起源进化的方面研究还比较匮乏，部分研究结果之间还存在争议，还需要更多的形态学和分子生物学数据的介入以开展进一步的深入研究。
　　昆虫线粒体基因组通常是一个15~16 kb的双链环状DNA分子。多年来，由于线粒体基因组测序技术的快速发展，它们的全序列数据已成为相关昆虫类群系统发生、分子进化和种群遗传研究的最有效工具之一。然而，迄今为止，仅5种绢蝶线粒体基因组全序列已被报导。鉴于此，本文利用PCR技术新测了4种绢蝶属物种即中亚丽绢蝶（Parnassius actius）、羲和绢蝶（Parnassius apollonius）、爱珂绢蝶（Parnassius acco）、四川绢蝶（Parnassius szechenyii）的线粒体基因组全序列（complete mitochondrial genome, mitogenome）数据，并结合GeneBank中已知的其他绢蝶的线粒体基因组全序列或部分序列数据进行比较分析，以进一步探讨绢蝶属线粒体基因组的组成和进化特征。同时，本文以丝带凤蝶（Sericinus montela）、麝凤蝶（Byasa alcinous）、和金裳凤蝶（Troides aeacus）为外类群，基于4个线粒体基因（ND5、ND1、COI、lrRNA）部分序列的组合序列数据，利用贝叶斯演绎法（Bayesian inference）及最大似然法（maximum likelihood）重建了45种（GenBank中获得的其它41种）绢蝶的系统发生树，以期探讨绢蝶属主要种类之间的系统发生关系以及有关绢蝶种类的系统分类地位。
　　序列测定和分析的结果显示，本文所测4种绢蝶属蝶类中亚丽绢蝶、羲和绢蝶、爱珂绢蝶和四川绢蝶的线粒体基因组长度分别为15,386 bp、15,381 bp、15,366 bp和15,348 bp。和其他蝶类一样，它们的基因组都包括37个基因，分别为13个蛋白质编码基因（PCGs）（Cytb, ND4L, ATP6, ATP8, COI-III, ND1-6）、2个核糖体RNA基因（lr/srRNA）、22个转运tRNA基因和1个非编码的高变AT富集区，同时，其线粒体基因的方向和排列顺序和其他已测的绢蝶属种类一致。本文所测得4种绢蝶线粒体基因组全序列的AT含量均在81.5%左右，其中羲和绢蝶AT含量在所有凤蝶中最高为81.8%。4种绢蝶线粒体基因组13个蛋白编码基因的总长度都在12,000bp左右，分别为中亚丽绢蝶（11,195 bp）、羲和绢蝶（11,198 bp）、爱珂绢蝶（11,195 bp）和四川绢蝶11,198 bp，共编码3720个、3721个、3720个、3721个氨基酸。在13个蛋白编码基因中，除了COI以CGA 为起始密码子，其它都以ATN为起始密码子；除了3个PCG（COI, COII, ND1）以单个核苷酸T和或TAG终止外，其余的都以TAA为终止密码子。基因组中所有的tRNA长度介于61 bp至71 bp之间；和其他蝶类一样，2个rRNA的位置分别位于tRNALeu(CUN)和AT富集区之间以及tRNALeu(CUN)和 tRNAVal之间，其中，lrRNA长度分别为1335 bp和1351 bp，srRNA长度分别为774 bp和779 bp。此外，基因与基因之间同样存在间隔和重复序列的现象，4种绢蝶的间隔区和重叠区分别为13至16个和9至11个，其长度分别为1 bp至42 bp和1 bp至8 bp，其中间隔区最长的区域位于tRNAGln-ND2之间，均为42 bp左右。所有绢蝶属AT富集区中都有一个含有36 bp茎环结构的序列，这个茎环结构5′端都含有一个TATA序列，3′端含有一个G(A)nT序列，这种特殊的茎环结构被认为是二级结构复制起始的位点原件。
　　系统发生的分析结果表明，BI和ML二棵系统树上，本研究45种绢蝶可分为5大支系共8个亚属（Sachaia, Parnassius, Driopa, Kreizbergia, Lingamius, Tadumia, Koramius, Kailasius），8个亚属之间的系统发生关系为：（Sachaia+（（Parnassius+（Driopa+Kreizbergia）+（Lingamius+Tadumia））+（Koramius+Kailasius）））。此外，系统树还显示，本研究新测的4种绢蝶的系统分类地位如下：（1）中亚丽绢蝶和小红珠绢蝶互为姊妹群，不支持中亚丽绢蝶是天山绢蝶的亚种的观点；（2）羲和绢蝶在Parnassius亚属中较为古老，位于其系统树根部的位置；（3）爱珂绢蝶和周氏绢蝶（Parnassius choui）互为姊妹群并隶属于Tadumia亚属；（4）四川绢蝶和（元首绢蝶（Parnassius cephalus）+马哈绢蝶（Parnassius maharaja））组合互为姊妹群并隶属于Tadumia亚属。上述研究结果和前人的相关研究结果之间存在一定程度的差异，因而稳健的绢蝶属系统发生关系构建还有待于更多形态学性状和基因序列数据的介入。

目录

声明

第一章 前言

1绢蝶属概述

2凤蝶科及绢蝶属的系统分类研究进展

参考文献（References）：

第二章 四种绢蝶线粒体基因组测定及其比较分析

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.2 基因组DNA的提取

1.3 引物设计与合成

1.4 PCR扩增与测序

1.5 数据分析

2 结果与讨论

2.1 基因组成与结构

2.2 蛋白编码基因

2.3 转运RNA基因以及核糖体RNA基因

2.4 基因间隔区和重复区

2.5 AT富集区（控制区）

参考文献（References）：

第三章 绢蝶属的分子系统学及四种绢蝶分类地位研究

1材料与方法

1.1 研究材料

1.2 序列处理

1.3 系统树的构建

1.4 数据分析

2结果与分析

2.1 碱基的组成特点的分析

2.2 氨基酸组成特点和绢蝶属遗传距离分析

2.3 碱基替换分析以及序列饱和性检验

2.4 绢蝶属内的系统发生分析

2.5 四种绢蝶的系统分类地位的探讨

参考文献（References）：

致谢

附：读研期间论文发表情况及获奖情况