中巴蜻蜓分布和遗传多样性及其相关单链DNA病毒鉴定

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蜻蜓目昆虫由6000多个种组成,广泛分布于世界各地,俗称蜻蜓或豆娘。蜻蜓(目)以蚊子等小型昆虫为食。已有研究表明在特定环境下释放蜻蜓若虫可以起到生物防治的作用。另外,最近有研究者从蜻蜓中分离出几十种环状单链DNA(ssDNA)病毒。提出,作为一个顶级昆虫捕食者,蜻蜓是一种昆虫ssDNA病毒的富集“机器”。因其进化上的多样性、生态型和表型的可塑性以及生命周期的复杂性,蜻蜓正在吸引越来越多研究者的目光。不过,目前关于蜻蜓的分子水平的研究还是较少。  在本研究中,我们从2014到2017年在中国中部、南部以及巴基斯坦的西南部采集了大量的蜻蜓。然后,我们通过COI基因测序对这些蜻蜓进行了分子鉴定,并以滚环扩增技术从采自福州的蜻蜓中富集和鉴定了ssDNA病毒。对所得COI序列,我们以BioEdit v6中的Clustal-W进行比对,通过邻接法进行系统发育树构建;用MEGA7通过Kimura2参数计算遗传距离,并以DnaSP v5计算遗传多样性。此外,我们还分析了核苷酸错配分布以确认所有序列的遗传多样性。对ssDNA病毒序列,我们也以类似方法进行了分析。  序列分析表明,我们从中国中部(武汉)和巴基斯坦(5个地点)采集了67个不同种的蜻蜓,它们可以归为15个不同的属,两个不同的科(Gomphidae和Libellulidae)。在种的水平上,猩红蜻蜓(Crocothemis servilia)遗传多样性最高,为24.96%,Libellulidae sp.次之,为22.30%。遗传多样性最小的为Melligomphus ardens(0.82%)。总体来讲,我们所获得的序列一共有341个突变位点。其中,猩红蜻蜓突变位点最多,为176个。Libellulidae sp.次之,为150个。而Melligomphus ardens仅有3个突变位点。一个意外的发现是,尽管所有的中国猩红蜻蜓都采自武汉这一个城市,而巴基斯坦的猩红蜻蜓采自相距超过500公里的多个地点,在猩红蜻蜓的遗传多样性上,中国明显高于巴基斯坦。  对采自中国南部的蜻蜓,我们获得了61条COI序列。分析表明,这些蜻蜓可以归为16个不同的种,分属于11个不同的属和3个不同的科(Aeshnidae,Gomphidae and Libellulidae)。赤蜻属(Trithemis)遗传多样性最高(18.69%),灰蜻属(Orthetrum)次之(18.16%),而多样性最低的为黄蜻属(Pantala,0.31%)。从赤蜻属和灰蜻属序列中,我们分别发现了142和126个突变位点,而从黄蜻属序列中我们仅发现了2个突变位点。总的来讲,我们共从三个科的蜻蜓中发现404个突变位点,其中,从Libellulidae中发现了344个。  此外,序列分析表明,我们从中国南部采集的蜻蜓(目)中,还有10个豆娘种,分属于7个不同的属,4个不同的科。在属的水平上,鼻蟌属(Rhinocypha)遗传多样性最高(9.31%),Hetaerina次之(8.23%),而黄蟌属(Ceriagrion)和异痣蟌属(Ischnura)遗传多样性较低,分别在0.32%和0.48%。我们分别从Hetaerina和鼻蟌属发现了181和68个突变位点,而从黄蟌属和异痣蟌属,我们仅分别发现了2个和6个突变位点。从科的水平讲,4个不同的科之间具有显著差异,这种差异的显著性可以通过Tajima’s D和Fu’s Fs两种检测。  我们从福州的蜻蜓中发现了3种cycloviruses,分别将其命名为蜻蜓相关Cyclovirus-9-11(DfCyV-9,-10,-11)。这三种Cycloviruses在全基因组水平上的同源率在61.6-65.1%,而它们与已正式确立的Cycloviruses间的同源率在56.1-79.6%。根据cycloviruses的分类标准,DfCyV-9,-10和11各自代表一个cyclovirus新种。值得指出的是,DfCyV-10所编码的Rep蛋白与蝙蝠相关cyclovirus2(BatACyV-2,一个来自于中国的cyclovirus)的Rep高度同源,其氨基酸水平的相似性为79.4%,然而,DfCyV-10所编码的Cp蛋白却与BatACyV-10(一个来自于巴西的cyclovirus)的Cp蛋白高度同源,其氨基酸水平的相似性为71.7%。  尽管研究者已对蜻蜓(目)有了较多的研究,但对世界上的很多地区来讲,关于蜻蜓的分子水平的数据还是空白。本研究以分子生物学手段从中国和巴基斯坦鉴定到30多个蜻蜓种,揭示了这两个国家蜻蜓的遗传多样性。另外,本研究还从中国福州的蜻蜓分离到3个cyclovirus新种。这些数据将为进一步研究和认识蜻蜓以及它们所携带的ssDNA病毒奠定坚实的基础。
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