黄侧异腹胡蜂线粒体基因组全序列测定和分析

【目的】测序和分析黄侧异腹胡蜂Parapolybia crocea线粒体基因组,并在线粒体基因组水平探讨异腹胡蜂属Parapolybia在胡蜂科中的系统发育地位。【方法】用Illumina二代测序技术测定黄侧异腹胡蜂线粒体基因组全序列,分析其结构特点和碱基组成;使用最大似然法(maximum likelihood,ML)构建胡蜂科7个种线粒体基因组的系统发育树,分析其在胡蜂科中的系统发育关系。【结果】黄侧异腹胡蜂线粒体基因组全长16 619 bp(Gen Bank登录号:KY679828),包含13个蛋白质编码基因,22个t RNA基因,2个r RNA基因(rrn S和rrn L)和1个控制区,基因排列顺序与推测的昆虫祖先序列不完全一致;全部蛋白质编码基因的起始密码子均为ATN,终止密码子除CYTB和ND1为TAG外,其余均为TAA;除t RNASer(AGN)的DHU臂缺失外,其他t RNA均能折叠成典型的三叶草结构;控制区中存在一个18 bp的T-stretch结构和2段串联重复序列。胡蜂科7个种基于线粒体基因组的系统发育关系表现为蜾蠃亚科+(胡蜂亚科+马蜂亚科),异腹胡蜂属与马蜂属Polistes同属于马蜂亚科。【结论】黄侧异腹胡蜂线粒体基因组存在基因重排现象。基于线粒体基因组的胡蜂科系统发育关系与传统的形态分类学结果一致:异腹胡蜂属隶属于马蜂亚科,马蜂亚科与胡蜂亚科的亲缘关系较其与蜾蠃亚科更近。     

枣食芽象甲线粒体基因组全序列测定与系统发育分析

【目的】从线粒体基因组水平上探讨枣食芽象甲Scythropus yasumatsui与近缘种的系统发育关系。【方法】利用Illumina MiSeq测序平台对枣食芽象甲线粒体基因组进行测序,对基因组序列进行拼装、注释和特征分析;利用贝叶斯法和最大似然法构建基于象甲科13个物种的线粒体基因组13个蛋白质编码基因核苷酸序列的系统发育树。【结果】结果表明,枣食芽象甲线粒体基因组全长为16 472 bp (GenBank登录号: MF807224),包含13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和2个非编码控制区,37个基因的排列顺序与祖先昆虫的线粒体基因排列顺序一致。13个蛋白质编码基因的起始密码子为ATN,其中除了cob和nad1基因的完全终止密码子为TAG外,其余11个基因的完全终止密码子为TA(A)。22个tRNA基因中除了trnS1缺少DHU臂,反密码子由GCT变为TCT外,其余均能形成典型的三叶草结构。基于13个蛋白质编码基因序列构建的系统发育树结果显示,象甲科8个亚科系统发育关系为：(((隐喙象亚科(Cryptorhynchinae)+(象虫亚科(Curculioninae)+魔喙象亚科(Molytinae)))+长小蠹亚科(Platypodinae))+(粗喙象亚科(Entiminae)+Cyclominae亚科))+隐颏象亚科(Dryophthorinae)+小蠹亚科(Scolytinae))。【结论】在13种象甲科昆虫物种中,同属于粗喙象亚科的枣食芽象甲与南美果树象甲Naupactus xanthographus在系统发育树中聚为同一分支,表明基于线粒体基因组全序列的分子系统发育结果与传统的形态分类结果是一致的。     

绿眼赛茧蜂线粒体基因组全序列测定和分析

【目的】测定绿眼赛茧蜂Zele chlorophthalmus线粒体基因组全序列,分析其基因组结构及茧蜂科(Braconidae)部分类群的系统发育关系。【方法】利用Illumina MiSeq二代测序技术对绿眼赛茧蜂的线粒体基因组进行测序,对基因组序列进行拼装、注释,分析其结构特点和碱基组成;基于22种茧蜂科昆虫的COX1蛋白编码基因序列,应用最大似然法(ML)和邻接法(NJ)构建系统发育树,分析绿眼赛茧蜂与茧蜂科其他昆虫的系统发育关系。【结果】绿眼赛茧蜂线粒体基因组全长16 661 bp(GenBank登录号: MG822749),包含13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因和2个rRNA基因,共37个基因,以及1个控制区。线粒体基因组有明显的核苷酸组成的偏倚,AT偏正,GC偏负,其A+T含量为82.83%。基因排列顺序与推测的昆虫祖先的序列不完全一致,tRNA基因7处发生重排。13个蛋白质编码基因均以ATN为起始密码子,以TAA为终止密码子。在22个tRNA基因二级结构中,除tRNA^His(H)缺失TΨC环和tRNA^Cys(C)仅剩二氢尿嘧啶(DHU)臂和反密码子臂外,其余tRNA基因均能形成典型的三叶草结构。基于COX1蛋白编码序列的系统发育分析结果显示,与绿眼赛茧蜂亲缘关系最近的是同属于赛茧蜂属的雪跗赛茧蜂Z. niveitarsis。【结论】本研究首次获得绿眼赛茧蜂线粒体基因组全序列。结果表明绿眼赛茧蜂隶属于优茧蜂亚科(Euphorinae)赛茧蜂属,并支持赛茧蜂属的单系性。     

高桥仁蚧线粒体全基因组测序与分析

【目的】测定和分析半翅目(Hemiptera)仁蚧科(Aclerdidae)首个线粒体全基因组——高桥仁蚧Aclerda takahashii线粒体全基因组序列,并探讨与其他蚧虫类群的系统发育关系。【方法】基于Illumina测序技术进行高桥仁蚧线粒体全基因组测序,并进行生物信息学分析;基于已报道的15科31种半翅目昆虫的线粒体全基因组序列运用最大似然法(ML)和贝叶斯推断法(BI)构建半翅目系统发育树。【结果】高桥仁蚧线粒体基因组全长16 599 bp, AT含量高达84.51%。在该线粒体基因组中,缩减tRNA非常普遍, 10个tRNA缺失二氢尿嘧啶(DHU)臂或TΨC臂, tRNAser(S1)和tRNAser(S2)缺失DHU臂和TΨC臂。系统发育树显示, 与仁蚧科亲缘关系最近的是蚧科(Coccidae)。【结论】本研究报道了首个仁蚧科的线粒体基因组, 发现在高桥仁蚧线粒体基因组中存在普遍的tRNA缺臂现象, 为进一步系统地研究蚧虫线粒体基因组提供了数据支持。     

基于线粒体基因组序列的鞘翅目肉食亚目水生类群系统发育分析

【目的】明确肉食亚目(Adephaga)水生类群线粒体基因组的基本特征,并基于线粒体基因组序列分析肉食亚目水生类群的系统发育关系。【方法】基于Illumina HiSeq X Ten测序技术测定了圆鞘隐盾豉甲Dineutus mellyi和齿缘龙虱Eretes sticticus的线粒体全基因组序列,对其进行了基因注释,并对其tRNA基因二级结构进行了预测分析。加上已公布的鞘翅目(Coleoptera)肉食亚目水生类群17个种的线粒体基因组序列,对该类群共19个种线粒体的蛋白质编码基因(protein-coding genes, PCGs)开展了比较基因组学分析,包括AT含量、密码子偏好性、选择压力等。基于13个PCGs的氨基酸序列和核苷酸序列,利用最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)分别构建鞘翅目肉食亚目水生类群的系统发育关系,并通过FcLM分析进一步评估伪龙虱科(Noteridae)和瀑甲科(Meruidae)的系统发育位置。【结果】圆鞘隐盾豉甲和齿缘龙虱的线粒体基因组全长分别为16 123 bp(GenBank登录号: MN781126)和16 196 bp(GenBank登录号: MN781132),都包含13个PCGs、22个tRNA基因、2个rRNA基因和1个D-loop区(控制区)。19个肉食亚目水生类群线粒体基因组PCGs的碱基组成都呈现A+T偏好性,在密码子使用上也都偏向于使用富含A+T的密码子;在进化过程中13个PCGs的进化模式相同,都受到纯化选择。基于线粒体基因组13个PCGs的氨基酸序列的肉食亚目水生类群的系统发育关系为(豉甲科Gyrinidae+(沼梭甲科Haliplidae+((壁甲科Aspidytidae+(两栖甲科Amphizoidae+龙虱科Dytiscidae))+(水甲科Hygrobiidae+(瀑甲科Meruidae+伪龙虱科Noteridae)))))。【结论】研究结果表明,豉甲科是肉食亚目水生类群的基部类群,接下来是沼梭甲科和龙虱总科;伪龙虱科和瀑甲科互为姐妹群,并一起作为龙虱总科内部的一个分支;两栖甲科与龙虱科具有更近的亲缘关系。     

甜果螨全线粒体基因组测序与分析

【目的】测定和分析甜果螨Carpoglyphus lactis线粒体基因组全序列,并在线粒体基因组水平探讨其在真螨总目(Acariformes)中的系统发育地位,为真螨总目分类及果螨科线粒体基因组研究提供科学依据。【方法】挑取实验室饲养的甜果螨成螨,用传统的酚氯仿抽提法和试剂盒提取法提取甜果螨基因组DNA。然后采用节肢动物或螨类线粒体基因的通用引物PCR扩增出甜果螨线粒体基因cox1,cob,rrnS和nad4-nad5的部分序列;再设计种特异性引物进行Long-PCR扩增和步移法测序,测出甜果螨线粒体基因组全序列。应用SeqMan, SEQUIN 9.0和tRNAscan等生物信息学软件,对甜果螨线粒体基因组的基因结构等进行生物信息学分析。最后基于17种真螨总目螨类的蛋白质编码基因,采用最大似然法构建系统发育树。【结果】甜果螨线粒体全基因组总长为14 060 bp(GenBank登录号:MN073839),为典型的闭合双链DNA分子,共由37个基因组成,包括13个蛋白质编码基因(PCGs)、22个tRNA基因和2个rRNA基因;甜果螨线粒体基因组还包括1个大的非编码区(large non-coding region, LNR)。系统发育分析结果显示,甜果螨Carpoglyphus lactis属于无气门亚目粉螨总科(Acaroidae),与椭圆食粉螨Aleuroglyphus ovatus构成一支。粉螨总科(Acaroidae)和薄口螨总科(Histiostomatoidae)聚成一簇,与痒螨股(Psoroptidia)构成姐妹群。【结论】本研究首次获得并分析了甜果螨线粒体基因组全序列。甜果螨与椭圆食粉螨的亲缘关系较近。     

基于线粒体基因组的华蝉族系统发育地位研究(半翅目: 蝉科)(英文)

【目的】本研究旨在明确无鼓膜发音器的华蝉族(Sinosenini)昆虫在蝉总科(Cicadoidea)的系统发育地位。【方法】依据在陕西宁陕采集的合哑蝉Karenia caelatata成虫标本,对华蝉族的合哑蝉K. caelatata线粒体基因组进行测序、注释和生物信息学分析;并与蝉总科其他类群的线粒体基因组进行了比较,然后利用最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)分别构建了蝉总科分子系统发育树。【结果】合哑蝉线粒体基因组长14 960 bp (GenBank登录号: MN922304),其基因组成、蛋白编码基因的核苷酸组成和密码子使用等,与蝉总科其他类群具相似特征。核苷酸多样性分析表明,atp8, nad6和nad2为易变基因,而cox1比较保守。非同义替换率和同义替换率比表明,蝉总科昆虫线粒体基因组进化处于高水平的纯化选择下。系统发育分析结果支持蝉次目(Cicadomorpha)的单系性,该次目3个总科的关系为：角蝉总科Membraciodea+(蝉总科Cicadoidea+沫蝉总科Cercopodidea)。无鼓膜发音器的哑蝉属与蝉亚科(Cicadinae)的蜩蝉族(Dundubiini)相关类群聚在一起,且与寒蝉属Meimuna关系最近;黑蝉族(Cicadatrini)的草蝉属Mogannia和音蝉属Vagitanus则与姬蝉亚科(Cicadettinae)相关类群聚在一起;日宁蝉属Yezoterpnosia并非一个单系群。【结论】华蝉族应从姬蝉亚科转移至蝉亚科并与蜩蝉族(Dundubiini)合并,而黑蝉族应从蝉亚科转移至姬蝉亚科。研究结果为进一步解析具有不同发声机制的蝉科昆虫系统演化提供了新信息。     

小长蝽线粒体基因组全序列测定与长蝽总科系统发育分析

为了解小长蝽Nysius ericae（Schilling）线粒体基因组结构及长蝽总科的分子系统发育关系。本试验采用Illumina MiSeq测序平台对小长蝽线粒体基因进行测序,对基因组序列进行拼装、注释和特征分析,利用最大似然法和贝叶斯法构建基于12种长蝽总科昆虫线粒体全基因组核苷酸序列的系统发育树。小长蝽线粒体基因组全长为16 330 bp（GenBank登录号：MW465654）,基因组包括13个蛋白编码基因（PCGs）,22个tRNA基因,2个rRNA基因和1段非编码控制区。11个蛋白质编码基因的起始密码子为典型的ATN;cox1,nad4l的起始密码子为TTG。cob的终止密码子为TAG,其余蛋白编码基因的终止密码子为TAA。只有trnS1缺少DHU臂,其余tRNA基因均能形成典型的三叶草结构。12种长蝽总科昆虫线粒体全基因组序列构建的昆虫系统发育树结果显示,小长蝽与Nysius plebeius具有更近的亲缘关系,且与传统形态学分类基本一致。小长蝽线粒体基因组符合长蝽总科线粒体基因组的一般特征。结果表明小长蝽与N. plebeius的亲缘关系更近。     

琥珀蚕线粒体全基因组测序及序列分析

【目的】分析昆虫的线粒体基因组能很好地指示昆虫物种的亲缘关系。本研究旨在探索琥珀蚕Antheraea assama线粒体基因组并在线粒体水平上了解大蚕蛾科(Saturniidae)属及种间的分子系统进化关系。【方法】采用PCR步移法并结合克隆测序的策略,测定了珍稀绢丝昆虫琥珀蚕的线粒体基因组全序列,分析其结构特点和碱基组成;采用邻近距离法(NJ)构建大蚕蛾科及外群共14种昆虫线粒体蛋白质编码基因的系统发育树,并分析琥珀蚕在大蚕蛾科中的系统发育关系。【结果】琥珀蚕线粒体基因组序列全长15 312 bp(Gen Bank登录号:KU301792),包含13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个核糖体rRNA基因和一段332 bp的A+T富集区,呈现典型的鳞翅目昆虫线粒体基因组的核苷酸组成及基因排布顺序。分析结果表明,琥珀蚕线粒体基因组中A+T含量高达80.18%,13个蛋白质编码基因中,除了COX1以CGA为起始密码子,其他均为典型的起始密码子ATN。COX1、COX2和ND5均以不完整的T为终止密码子,其余基因都是以典型的TAA或TAG为终止密码子。预测的22个tRNA二级结构中,除tRNASer(AGN)缺乏DHU臂外,其他21个tRNA均能形成典型的三叶草结构。由线粒体蛋白质基因串联序列构建的NJ系统发育树表明,琥珀蚕与柞蚕Antheraea pernyi、天蚕Antheraea yamamai、明目大蚕Antheraea frithi构成鳞翅目大蚕蛾科柞蚕属Antheraea这一分支。在9种大蚕蛾科昆虫中,琥珀蚕与柞蚕属的天蚕亲缘关系最近,与巨大蚕蛾属Attacus的乌桕大蚕Attacus atlas亲缘关系较远。【结论】琥珀蚕线粒体基因组的基因排列方式同其他已测定的鳞翅目昆虫的完全相同。基于线粒体基因组的大蚕蛾科昆虫系统发育关系与传统的形态分类学结果一致,即琥珀蚕隶属于柞蚕属Antheraea。     

烟蚜线粒体基因组全序列及系统发育分析（英文）

【目的】蚜虫是杂食性农业害虫。本研究旨在通过线粒体基因组分析更好地了解蚜科昆虫的系统发育关系。【方法】结合第二代测序和PCR扩增技术获得了烟蚜Myzus persicae线粒体基因组全序列,与蚜科其他昆虫进行了对比分析;以贝叶斯法和最大似然法基于13个蛋白编码基因对蚜科进行了系统发育分析。【结果】烟蚜线粒体基因组(Gen Bank登录号:KU_236024)序列全长17 832 bp,A+T含量84.1%,AT偏斜为0.094,GC偏斜为-0.296。包含13个蛋白编码基因(cox1-3,nad1-6,nad4L,atp6,atp8和cytb),22个tRNA,2个rRNA基因(rrn L和rrn S)和2个长的非编码区,其基因排列顺序与已知的蚜科昆虫相似,除了nad4以单独的T结尾,所有的蛋白编码基因均以ATN作为起始密码子,TAA作为终止密码子。在烟蚜线粒体基因组中,tRNAGlu和tRNAPhe中间有一段307 bp的非编码区,该编码区包含2个重复单元,烟蚜的控制区长2 531 bp,是所有测序蚜虫线粒体基因组中最长的。rrn L的二级结构包含6个结构域,44个茎环结构;rrn S的二级结构有3个结构域,24个茎环结构。基于烟粉虱和其他20种昆虫的13个蛋白编码基因重建的BI和ML系统发育树,与传统形态学分类结果一致。【结论】蚜亚科和长管蚜亚科的单系性得到了很好的支持;在长管蚜亚科的分支中,M.persicae与D.noxia聚成一支,并且C.salicicola位于进化枝的底部。本研究结果为蚜科系统发生关系重建积累了有价值的数据资料。     

红角辉蝽和紫翅果蝽线粒体完整基因组测序及蝽亚科系统发育分析(半翅目: 蝽科)(英文)

【目的】本研究对红角辉蝽Carbula crassiventris和紫翅果蝽Carpocoris purpureipennis完整线粒体基因组测序,以探究蝽亚科(Pentatominae)线粒体基因组特征并重建其系统发育关系。【方法】使用Illumina MiSeq测序平台测定红角辉蝽和紫翅果蝽线粒体基因组全序列,并进行组装和注释。基于这2个种和其他30个蝽亚科分类单元线粒体基因组的13个蛋白质编码基因的第1和2位密码子以及2个rRNA基因的核苷酸序列,利用贝叶斯和最大似然法重建蝽亚科系统发育树。【结果】红角辉蝽和紫翅果蝽的线粒体基因组全长分别为15 824 和16 575 bp, 包含13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因和1个控制区。蝽亚科内线粒体基因组基因排列顺序保守且没有发现基因重排。此外,蝽亚科内的碱基组成、密码子使用和RNA结构均较为保守; 控制区重复序列拥有不同的长度、类型和拷贝数。基于贝叶斯法和最大似然法重建的系统发育树显示二星蝽族(Eysarcorini)、果蝽族(Carpocorini)、稻绿蝽族(Nezarini)和Antestiini构成一个稳定分枝。【结论】系统发育分析支持辉蝽属Carbula应属于二星蝽族,而果蝽属Carpocoris、斑须蝽属Dolycoris和珠蝽属Rubiconia同属于果蝽族。     

入侵害虫甘薯凹胫跳甲的鉴定及线粒体基因组分析

【目的】基于形态学鉴定和分子生物学技术确认甘薯凹胫跳甲Chaetocnema confinis是否入侵中国大陆,测定甘薯凹胫跳甲线粒体基因组序列,分析基因组结构及其系统发育关系。【方法】应用显微镜观察从广东不同地点采集的甘薯凹胫跳甲成虫的形态特征,并扩增cox1基因DNA序列进行分子鉴定;利用Illumina MiSeq测序平台对甘薯凹胫跳甲线粒体基因组进行测序、拼装、注释和特征分析;基于亲缘关系相近种属的线粒体基因组序列进行共线性分析和构建系统发育树,分析基因重排和系统发育关系。【结果】形态和分子鉴定结果表明大陆甘薯上发现的跳甲为甘薯凹胫跳甲。甘薯凹胫跳甲线粒体基因组序列大小为15 685 bp,包括有13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因、22个tRNA基因和1个非编码控制区;这37个基因之间排列紧凑,间隔总长度101 bp,排列顺序与模式昆虫Drosophila yakuba线粒体基因排列顺序相同。甘薯凹胫跳甲线粒体基因组A+T含量为77.3%,具有明显的AT偏向性。13个蛋白质编码基因的起始密码子均为ATN。在22个tRNA基因中除trnS1的DHU臂缺失,trnD, trnG, trnN和trnT的二级结构中缺少TψC环外,其余17个都能形成典型的三叶草式二级结构,另trnK的反密码子突变为UUU,trnS1的反密码子突变为UCU。甘薯凹胫跳甲的控制区片段长度仅有60 bp,是目前已报道的昆虫线粒体基因组中最短的控制区。基于线粒体基因组的系统发育分析表明,甘薯凹胫跳甲与跳甲亚科(Alticinae)黄曲条跳甲Phyllotreta striolata亲缘关系最近。【结论】甘薯凹胫跳甲已经入侵到中国大陆。本研究获得了甘薯凹胫跳甲的线粒体基因组序列,为防控甘薯凹胫跳甲和分析叶甲科(Chrysomelidae)各种属间的系统发育关系奠定了基础。     

Sequencing and analysis of the complete mitochondrial genome of the giant dobsonfly Acanthacorydalis orientalis(McLachlan)(Insecta:Megaloptera:Corydalidae)

The complete mitochondrial genome of Acanthacorydalis orientalis(McLachlan)was determined and analyzed(GenBank accession number:KF840564).This paper represents the first mitochondrial(mt) genome of the dobsonfly genus Acanthacorydalis.The mt genome is a typical circular DNA of 15 753 bp composed of 37 genes with an A+T content of 76.7%.It has an ancestral gene arrangement of the insect mt genomes.Eleven of the 13 PCGs start with codon ATT and ATG,while several exceptions such as ATA and TTG respectively for atpS and nad\ are also present.Five protein-coding genes end with a single T,while others have a termination codon of TAA or TAG.Most tRNAs are folded into the typical clover-leaf structure except for the trnS 1 whose dihydrouridine arm was a simple loop.The secondary structure of rrnl consists of five structural domains and 50 helices,while the rrns includes three domains and 34 helices.The control region has a stretches of Ts with a length of 22 bp but lacks obvious tandem repeat region.Both Bayesian inference and maximum likelihood(ML) analyses,based on all 13 protein-coding genes and two rRNA genes of the mt genomes,confirm the monophyly of Corydalinae and suggest that Acanthacorydalis,together with Corydalus,which is an endemic dobsonfly genus from the New World,belong to a monophyletic lineage.     

Characterization of four mitochondrial genomes of Crambidae (Lepidoptera,Pyraloidea) and phylogenetic implications

Loxostege turbidalis, Loxostege aeruginalis, Pyrausta despicata, and Crambus perlellus belong to Crambidae, Pyraloidea. Their mitochondrial genomes (mitogenomes) were successfully sequenced. The mitogenomes of L. turbidalis, L. aeruginalis, P. despicata, and C. perlellus are 15 240 bp, 15 339 bp, 15 389 bp, and 15 440 bp. The four mitogenomes all have a typical insect mitochondrial gene order, including 13 protein-coding genes (PCGs), 22 transfer RNA (tRNA) genes, two ribosomal RNA (rRNA) genes, and one A + T rich region (control region). The PCGs are initiated by the typical ATN codons, except CGA for the cox1 gene. Most PCGs terminate with common codon TAA or TAG, the incomplete codon T is found as the stop codon for cox2, nad4, and nad5. Most tRNA genes exhibit typical cloverleaf structure, except trnS1 (AGN) lacking the dihydrouridine (DHU) arm. The secondary structure of rRNA of four mitogenomes were predicted. Poly-T structure and micro-satellite regions are conserved in control regions. The phylogenetic analyses based on 13 PCGs showed the relationships of subfamilies in Pyraloidea. Pyralidae, and Crambidae are monophyletic, respectively. Pyralidae comprises four subfamilies, which form the following topology with high support values: (Galleriinae + ((Pyralinae + Epipaschiinae)+ Phycitinae)). Crambidae includes seven subfamilies and is divided into two lineages. Pyraustinae and Spilomelinae are sister groups of each other, and form the “PS clade.” Other five subfamilies (Crambinae, Acentropinae, Scopariinae, Schoenobiinae, and Glaphyriinae) form the “non-PS clade” in the Bayesian inference tree. However, Schoenobiinae is not grouped with the other four subfamilies and located at the base of Crambidae in two maximum likelihood trees.