莺总科与山雀科七种鸟类线粒体全基因组序列的测定与分析

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莺总科的界限一直是长期争论的问题,近些年来基于大量分子水平的研究让我们对莺总科鸟类系统发育关系的认识有了相当大的提高。但是可能由于其内部一些主要进化分支的快速分化,不仅更高水平上的关系在改变而且科的组成部分也在改变,使得莺总科内部科间相互关系甚至是总科之间依然模糊不清,需要进一步的验证。其中,广义的画眉科即鹛类(babblers)更因其生活习性和形态多样被当作分类单元的“垃圾桶”,分类混乱,近年来受到许多学者的关注。  线粒体基因组的优点通常没有重复的基因,是母系遗传的细胞质基因,进化速率比核内单拷贝基因快5至10倍,突变大多是点的突变,很少有缺失或插入。运用基因组上的不同基因可解决系统发育和种群水平上的问题。针对高阶元的系统分类关系的探讨,大多学者把核基因与线粒体基因相结合来探讨物种间的系统发育关系。在本研究中,由于GenBank中莺总科线粒体全基因组序列释放较少,使我们取材受限,为了更全面的探讨莺总科或鹛类的系统发育关系,本文中我们把核基因与线粒体基因联合来进行莺总科或鹛类系统发育关系的重建。  本研究中我们共测定了包括画眉科(红头穗鹛Cyanoderma ruficeps、棕颈钩嘴鹛Pomatorhinus ruficollis、锈脸钩嘴鹛Megapomatorhinus erythrogenys)、噪鹛科(黑脸噪鹛Garrulax perspicillatus、丽色噪鹛Trochalopteron formosum、白眶斑翅鹛Actino dura ramsayi)和山雀科(大山雀Parus major)7个物种的mtDNA序列。再结合从GenBank中统计和选取的其他物种的线粒体基因序列和核基因序列进行分析,讨论了如下问题:1)本文所测物种mtDNA序列的特征;2)基于线粒体全基因组13个PC Gs的莺总科系统发育关系;3)基于线粒体基因(cob/ND2)和核基因(Myo/ODC/GAPDH/LDH/RAG1)序列联合的莺总科系统发育关系;4)基于ND2与TGF基因联合的画眉科及其相近科(鹛类)系统发育关系。主要得到结果如下:  1、画眉科、噪鹛科6种鸟类的mtDNA序列分析  分析结果:(1)本文所测画眉科与噪鹛科6种鸟类线粒体全基因组的长度范围从16893bp(C. ruficeps)至17874bp(G. perspicillatus),全基因组AT含量的范围从52.43%(M. erythrogenys)至54.08%(T. formosum);(2)均包含13个蛋白编码基因,22个tRNA基因,2个rRNA基因,2个D-Loop区。画眉科3个物种均具有两个高度异质性的D-Loop区,噪鹛科3个物种均具有两个高度相似的D-Loop区,且CR1均位于tRNAThr和tRNAPro基因之间,CR2均位于tRNAGlu和tRNAPhe基因之间;(3)白眶斑翅鹛的cox2基因与雀形目已释放序列的其他物种相比少了3个碱基,翻译后少了1个氨基酸。  2、大山雀的mtDNA序列分析  分析结果:(1)大山雀线粒体全基因组长度为16775bp,组成部分同上,但只包含1个D-Loop区;(2)D-Loop区位于tRNAGlu和tRNAPhe基因之间,长度为1188bp,AT含量为56.14%;(3)大山雀tRNA基因中长度最短的是66bp的tRNASer(AGY),所有tRNA均能折叠成典型的三叶草结构。  3、基于线粒体全基因组13个PCGs的莺总科系统发育关系  本研究中我们运用已获得的7个物种的mtDNA序列,结合已释放到GenBank中隶属于莺总科的32条mtDNA序列,外加山雀科和攀雀科的3个物种,并选取鸦科的冠小嘴乌鸦(Corvus cornix)作为外类群,共计41条mtDNA序列来对莺总科进行系统发育分析。基于13个PCGs的核苷酸序列,运用最大似然法(ML)和贝叶斯法(BI)分别构建莺总科的系统发育树。分析结果如下:(1)支持长尾山雀科(Aegithalidae)与柳莺科(Phylloscopidae)聚为一支;(2)支持山雀科(Paridae)与攀雀科(Remizidae)应该被划分在莺总科之外;(3)画眉科(Timaliidae)与噪鹛科(Leithrichidae)聚为一支,莺科(Sylviidae)为其共同姐妹群。  4、基于线粒体基因和核基因序列联合的莺总科系统发育关系  论文中我们选取了2个线粒体基因(cob/ND2)和5个核基因(Myo/ODC/GAP DH/LDH/RAG1)共7个分子标记联合,以Nucifragazantholeuca、Dicrurus albivent er、Erporniszantholeuca3个物种作为外类群,共计69个物种扩大了取样量来探讨莺总科的系统发育关系,基于以上分子标记的核苷酸序列分别构建了ML树和BI树,分析结果如下:(1)认为噪鹛科应先与雀鹛科聚成一支,再与画眉科聚为一支,然后与绣眼鸟科的物种聚成一支,最后与莺科聚成一大支;(2)支持山雀科、攀雀科和莺鹟科(Stenostiridae)被划分在莺总科之外,与莺总科互为姐妹群关系;(3)支持绿莺(Hylia prasina)应该划分在Hyliidae科下,不应归在长嘴莺科(Macrosphenidae) 或者树莺科(Cettiidae)下;(4)支持百灵科(Alaudidae)和文须雀科(Panuridae)互为姐妹群,与Nicatoridae科一起处于莺总科的基部位置是莺总科其他分类单元的姐妹群。且支持除了Alaudidae、Panuruidae和Nicatoridae3个科以外,长嘴莺科(M acrosphenidae)是莺总科其余科的姐妹群;(5)支持以下3个科聚为一支:Locustelli dae+Donacobiidae+Bernieridae;(6)支持下面5个科聚为一大支:Cettiidae+Scotocer cidae+Erythrocercidae+Aegithalidae+Phylloscopidae。  5、基于ND2与TGF基因联合的画眉科及其相近科(鹛类)系统发育关系  论文中选用线粒体基因ND2与核基因TGF联合,统计了来自45个属214个物种作为内类群,选取了6个物种作为外类群来探讨鹛类的进化历史,基于以上分子标记的核苷酸序列构建了BI树,分析结果如下:(1)噪鹛属、穗鹛属、斑翅鹛属、钩嘴鹛属都不具有单系性;(2)认为路氏雀鹛(Alcippe ludlowi)应划分在Fulvetta属,归属于莺科之下,除了路氏雀鹛之外,Alcippe属为单系属;(3)支持丽星鹩鹛(Spelaeornis formosus)应单独成科,除了丽星鹩鹛以外,鹩鹛属(Spelaeornis)为单系属。
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