夜鹭和白鹭线粒体基因组序列的测定与分析

摘要

鹳形目与鹈形目是今颚总目中的两个目。传统分类上,鹳形目分为鹭科、鹳科、鲸头鹳科、锤头鹳科和鹮科。鹈形目分为鹈鹕科、鲣鸟科、军鲣鸟科、蛇鹈科、鸬鹚科、鹲科。Sibley在1990年就提出鹈形目在鸟类系统发生上可能成为最复杂、最具争议的一个目,近年来分子水平的研究成果极大的挑战了鹳形目与鹈形目的单系。根据北美分类委员会(NACC)的建议,国际鸟类学家联盟(IOC)和美国康奈尔大学Clements都对这两个目进行了大的修订。这些修订包括:(1)鹳形目仅包括鹳科一个科;(2)将原鹳形目中的鹭科、鲸头鹳科、锤头鹳科和鹮科与原鹈形目中的鹈鹕科组成新的鹈形目;(3)原鹈形目中的军舰鸟科、鲣鸟科、蛇鹈科、鸬鹚科重新组建为鲣鸟目;(4)原鹈形目中的鹲科移出,成立鹲目。最新的研究又建议将两个目作为一个组群。鹳形目中起源古老的鹭科的分类也存在着很多异议。对于其亚科的分类问题以及各个属之间的亲缘关系远近问题一直存在着不同的观点。
　　本研究通过 LA-PCR(Long and accurate polymerase chain reaction)和巢式PCR(nested PCR)等技术克隆并测定了鹈形目鹭科的白鹭(Egretta garzetta)和夜鹭(Nycticorax nycticorax)的线粒体基因组序列。基于本实验获得的序列,结合GenBank中已释放的其他的鹈形目鹳形目线粒体基因组序列,来探讨夜鹭与白鹭的线粒体基因组特征以及两个目的分类。探讨鹈形目与鹳形目之间的哪些科可能存在一些亲缘关系。同时基于本实验的白鹭、夜鹭以及 GenBank上释放的其他22个鹭科物种的cox1基因与cytb基因,来探讨本实验的白鹭与中白鹭、大白鹭之间的亲缘关系以及鹭科在系统发育上的分类情况。主要研究结果如下:
　　1.夜鹭与白鹭的线粒体基因组序列特征
　　(1)两个物种的线粒体基因组均包含37个基因,分别是13个蛋白编码基因、2个核糖体RNA(12SrRNA、16SrRNA)基因和22个转运RNA(tRNA)基因组成,只有1个非编码控制区(control region, CR)组成;(2)蛋白编码基因nad3基因的174位都有一个额外的碱基“C”,对于其功能暂时还不明确;(3)在两者线粒体基因组的37个基因中,除了nad6基因和8个tRNA基因(包括tRNAGln, tRNAAla, tRNAAsn, tRNACys, tRNATyr, tRNASer(UCN), tRNAPro和tRNAGlu)在轻链上编码外,其余均在重链上编码;(4)夜鹭与白鹭的22个tRNA基因皆折叠成为典型的三叶草结构。
　　2.线粒体基因组序列的鹈形目鹳形目鸟类系统发育关系
　　本研究中,利用所得到的夜鹭与白鹭的线粒体基因组序列,结合GenBank中已释放的14个鹈形目鹳形目物种的线粒体基因组序列,共16个物种作为内类群,以雁形目( Anseriformes)2个物种和亲缘关系较近的隼形目(Falconiformes)的美洲鹫(Cathartes aura)作为外类群,进行系统发育分析。由于nad6存在碱基异质性,选取其他12个蛋白编码基因的核苷酸序列和氨基酸序列,用最大简约法(MP)、最大似然法(ML)、贝叶斯推断法(BI)分别构建了鹈形目鹳形目鸟类的系统发育树。分别计算鹈形目、鹳形目的 dN/dS比率,探讨鹈形目鹳形目鸟类的线粒体基因组中的蛋白编码基因是否为净化选择。分析结果认为:(1)鹈形目与鹳形目之间亲缘关系较近;(2)支持将鹈形目与鹳形目合为一个组群,对于传统分类与新的分类均提出质疑,组群的意见更加适合两个目;(3)鹈形目与鹳形目鸟类线粒体基因组的13个蛋白基因均未发现正向选择现象(positive selection)。
　　3.基于cox1基因与cytb基因的鹭科(Ardeidae)鸟类系统发育关系
　　本研究中,利用所得到的白鹭与夜鹭以及GenBank中已释放的22个鹭科物种的cox1基因与cytb基因(共12个属),以鸬鹚科(Phalacrocoracidae)铜鸬鹚(Phalacrocorax chalconotus)与鹮科(Threskiornithidae)的黑面琵鹭(Platalea minor)作为外类群,共26个物种,分析结果为:(1)支持鹭科为一个单系;(2)啸鹭属(Syrigma)与包括本实验所得的白鹭在内的白鹭属(Egretta)和鹭属(Ardea)白面鹭(Ardea novaehollandiae)关系很近;(3)中白鹭与大白鹭关系较近而与白鹭关系较远;(4)支持将鹭科分为两个亚科的分类,即鹭亚科(Ardeinae)和麻鳽亚科(Botaurinae),而不支持将其分为日鹭亚科(Ardeidae)、夜鹭亚科(Nycticracinae)、鳽亚科(Botaurinae)和虎鹭亚科(Tigrisometinae)四个亚科的观点。

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缩写表及中英文对照

第一部分 文献综述

第一章 鹈形目与鹳形目鸟类线粒体基因组研究进展

1.1 鸟类简介

1.2 线粒体DNA(mitochondrial DNA)

1.3 鹳形目、鹈形目的研究进展

1.4 鹭科(Ardeidae)鸟类研究进展

1.5 本实验研究目的与意义

1.6 展望

参考文献

第二部分 研究论文

第二章 材料与方法

2.1 材料来源及鉴定

2.2 实验方法

2.3 数据整理与软件分析

2.4 构建系统发育树

参考文献

第三章 实验结果与讨论

3.1 白鹭与夜鹭线粒体序列结果

3.2 鹈形目与鹳形目系统发育分析

3.3 鹭科系统发育关系分析

3.4 讨论

3.5 结论

参考文献

附录

致谢

硕士期间发表论文及获奖情况