我国蜥蜴科动物线粒体基因组全序列的研究现状

2016-11-17马微微赵文阁

野生动物学报 2016年1期

关键词：蜥蜴线粒体基因组

马微微刘欢赵文阁刘鹏

(哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，哈尔滨，150025)

我国蜥蜴科动物线粒体基因组全序列的研究现状

马微微刘欢赵文阁刘鹏*

(哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，哈尔滨，150025)

线粒体基因组全序列的研究是近年来分子生物学研究的重要课题之一。本文对目前GenBank上公布的中国9种蜥蜴科动物线粒体基因组全序列的长度及组成进行分析，建立系统发育树，探讨蜥蜴科物种的起源、演化和亲缘关系。

线粒体基因组；

线粒体是真核生物必不可少的细胞器，它不仅携带自身的遗传物质，同时拥有独特的遗传密码[1]。线粒体DNA是动物体内唯一发现的核外遗传物质，是研究动物遗传进化十分有效的标记物质[2-4]，具有分子结构简单、严格的母系遗传、进化速度快、无重组等优点，被广泛用于动物的起源、演化和分类，以及群体遗传结构和亲缘关系的研究[5-6]。

线粒体基因组较小且容易纯化，因此，对于线粒体基因组的研究是近年来分子生物学研究的重要课题之一[7]。在常用的分子标记中，线粒体基因组中的Cytb、COX1等进化速率快，多应用于物种亲缘关系的研究；12S rRNA和16S rRNA较保守，进化速度相对较慢，可用于解决较高级阶元的分类地位[8]。随着DNA测序技术不断地完善和更新，越来越多物种的线粒体基因组全序列被报道[9]，对其基因组成、排列方式、碱基含量及长度等信息进行分析和比较，并建立系统进化树，成为现阶段研究动物分子系统发生最有力的证据[10]。

目前，除了用传统的形态学[11]和地理聚类[12]的方法来研究我国蜥蜴科动物的分类和发育关系外，用12S rRNA和16S rRNA等线粒体基因作为分子标记也被用广泛来探讨蜥蜴科属和亚属之间的系统发生关系和物种的进化问题[13-15]，而线粒体基因组全序列是唯一可以提供基因组水平上进行系统研究的分子标记[16]。因此，通过对GenBank上我国蜥蜴科线粒体基因组全序列进行比较和分析，弄清我国目前已经报道线粒体基因组全序列的蜥蜴科物种的种类，并对其线粒体基因组全序列进行比较和分析具有重要意义，在此基础上建立系统发育树，为全面探索蜥蜴科动物系统进化关系提供证据，为今后同类研究提供参考依据。

1 我国蜥蜴科已报道线粒体基因组全序列的种类

我国蜥蜴科动物共有4属21种[17]，截止到2015年11月28日，通过NCBI 检索到GenBank已经公布的我国蜥蜴科线粒体DNA基因组全序列的物种有3属9种(公布时间为2009年1月7日～2015年7月22日)，包括麻蜥属5种、蜥蜴属2种、草蜥属2种，分别为丽斑麻蜥(Eremiasargus)、山地麻蜥(Eremiasbrenchleyi)、密点麻蜥(Eremiasmultiocellata)、荒漠麻蜥(Eremiasprzewalskii)、虫纹麻蜥(Eremiasvermiculata)、胎生蜥蜴(Lacertavivipara)、捷蜥蜴(Lacertaagilis)、南草蜥(Takydromussexlineatus)、白条草蜥(Takydromuswolteri)，其中，密点麻蜥和虫纹麻蜥公布了2个地点不同种群的线粒体基因组全序列，但序列长度和碱基组成有明显差异(表1)。另外，快步麻蜥(Eremiasvelox)和崇安地蜥(Platyplacopussylvaticus)仅公布了线粒体DNA基因组部分序列。

表1 GenBank已经公布的我国蜥蜴科动物线粒体基因组全序列(截止2015年11月28日)

Tab.1 Mitochondrial genome complete sequence of Lacertidae family in China on GenBank(By the end of Novermber 28，2015)

2 我国蜥蜴科动物线粒体基因组全序列的长度及组成

这9种蜥蜴的线粒体基因组全序列长度为17 046 ～19 914 bp，平均长度为18 672 bp。4种碱基中，G的含量最低，平均为13.37%，T和C的含量较为接近，分别占29.12%和26.5%，A含量最高，平均为31.02%，且A+T的含量大于G+C(表1)。

蜥蜴科动物的线粒体基因组一般由13个蛋白基因(包括NADH氧化还原酶7个亚基基因——ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND5和ND6，ATP酶2个亚基基因——ATP6和ATP8)，细胞色素C氧化酶3个亚基基因——COX1、COX2、COX3，细胞色素b基因——Cytb[18-21]，22个tRNA(包括tRNAPhe、tRNAVal、tRNALeu(UUR)、tRNAIle、tRNAGln、tRNAMet、tRNATrp、tRNAAla、tRNAAsn、tRNACys、tRNATyr、tRNASer(UCN)、tRNAAsp、tRNALys、tRNAGly、tRNAArg、tRNAHis、tRNASer(AGY)、tRNALeu(CUN)、tRNAGlu、tRNAThr、tRNAPro)，2个rRNA(包括12S rRNA和16S rRNA)，1个控制区(D-loop)组成，呈共价闭合环状，与其他脊椎动物线粒体基因组的结构相似[22～23]。

3 我国蜥蜴科动物线粒体基因组全序列的比较

我国蜥蜴科9种蜥蜴线粒体基因组全序列的组成和长度在种间和种内均有明显变化，其中13个蛋白基因的起始密码子多为atg，终止密码子多为taa；ND2长度为1 033 bp，ND4长度为1 381 bp，COX3序列长度为784 bp，ND3序列长度为346 bp，ND4L序列长度为297 bp，ATP8序列长度为162 bp，Cytb序列长度为1 143 bp，以上7种基因长度在种间没有变化；ND1的序列长度为969 bp(南草蜥为966 bp)，COX1序列长度为1 545 bp(丽斑麻蜥为1 557 bp、胎生蜥蜴为1 548 bp)，COX2序列长度为688 bp(胎生蜥蜴为685 bp)，ATP6序列长度为681 bp(南草蜥和捷蜥蜴为680 bp)，ND5序列长度为1 824 bp(胎生蜥蜴、南草蜥、白条草蜥为1 827 bp)，以上5种基因长度在个别物种内有变化；ND6基因长度在种间变化较大，其中丽斑麻蜥、密点麻蜥、荒漠麻蜥、虫纹麻蜥的序列长度为522 bp，山地麻蜥、捷蜥蜴、白条草蜥为516 bp，胎生蜥蜴为519 bp，南草蜥为513 bp(表2)。

对9种蜥蜴非结构基因的分析结果表明，22个tRNA的长度均较小，为60～75 bp，物种间变化较小，12S rRNA的长度为946～954 bp，物种间变化较小，16S rRNA的长度为1 518～1 563 bp，物种间变化均较大，D-loop的长度为1 665～4 526 bp，物种间变化均较大(表2)。

表2 蜥蜴科9种蜥蜴线粒体基因组结构特征

Tab.2 9 Species’ mitochondrial genome structure characteristics of the family Lacertidae

续表2

4 基于线粒体基因组全序列的我国9种蜥蜴科动物进化关系

使用MEGA6.0软件中的最大似然法(Maximum-Likelihood，ML)和邻接法(Neighbour-Joining，NJ)对9种蜥蜴(共11个全序列)进行建树分析(图1)，以长棘蜥(Acanthosauraarmata)为外群，以获取系统发育树的根。结果表明整个系统树的置信度很高，2种不同方法构建的系统树结果基本一致，其中，麻蜥属(Eremias)的5个物种聚到一个分支，草蜥属(Takydromus)与蜥蜴属(Lacerta)聚到一个分支，说明后2个属之间的亲缘关系较近。

图1 基于线粒体基因组全序列的我国蜥蜴科9种蜥蜴系统发育树Fig.1 Phylogenetic tree of 9 species within the family Lacertidae in China based on the mitochondrial genome complete sequences上图为ML树，下图为NJ树；(1)密点麻蜥(NC025304)，(2)密点麻蜥(KJ664798)，(3)荒漠麻蜥(NC0259294)，(4)丽斑麻蜥(NC016755)，(5)山地麻蜥(NC011764)，(6)虫纹麻蜥(NC025320)，(7)虫纹麻蜥(KP981389)，(8)捷蜥蜴(KC990830)，(9)胎生蜥蜴(NC026867)，(10)南草蜥(NC022703)，(11)白条草蜥(NC018777)，(12)长棘蜥(NC014175)

5 结论

利用线粒体基因组进行系统发育研究可以更深入地比较物种间和种群间的遗传多样性差异，能够更好地补充形态学和生态学方面的研究工作，但目前我国蜥蜴科动物线粒体基因组全序列的测序和报道工作还不够全面，完成更多物种线粒体基因组全序列的测序工作将对蜥蜴科种间系统发育和物种起源的研究具有重要意义。

[1] 熊庆，刘作易，喻子牛.线粒体DNA的研究与应用[J].西南农业学报，2002，15(3)：111-115.

[2] Zhang Yaping，Shi Liming.Mitochondrial DNA polymorphisms in animals：a review[J].Zoological Research，1992，13(3)：289-298.

[3] 刘艳华，张明海.基于线粒体Cytb基因的西藏马鹿种群遗传多样性研究[J].生态学报，2011，31(7)：1976-1981.

[4] 王广力，何舜平，黄松，等.美姑脊蛇Achalinusmeijuensis线粒体基因组全序列及系统发育地位研究[J].科学通报，2009，54(9)：1250-1261.

[5] 尚娜，周志军.动物线粒体基因组全序列测定的研究策略[J].河池学院学报，2008，28(2)：62-65.

[6] 肖武汉，张亚平.鱼类线粒体DNA的遗传与进化[J].水生生物学报，2009，24(4)：385-390.

[7] 廖顺尧，鲁成.动物线粒体基因组研究进展[J].生物化学与生物物理进展，2000，27(5)：508-512.

[8] 王征.对极端气候的适应：沙蜥属蜥蜴的卵胎生进化[D].南京：南京师范大学，2011.

[9] 张江丽.生物基因组测序发展现状和对策建议[J].科技导报，2011，29(9)：11.

[10] 芮金龙，王钰婷，孙莉，等.有鳞目系统发生研究进展[J].生物学杂志，2009，26(2)：57-60.

[11] 代金霞.基于形态特征探讨宁夏蜥蜴的系统关系[J].农业科学研究，2007，28(1)：13-14.

[12] 睢鑫，吕顺清，杨大同.我国蜥蜴类爬行动物地理分区的聚类分析[J].河南师范大学学报，2002，30(2)：102-104.

[13] 周开亚.两栖爬行动物的分子系统发生[J].动物学研究，2001，22(5)：397-405.

[14] Fu Jinzhong.Toward the phylogeny of the family Lacertidae：implications from mitochondrial DNA 12S and 16S gene sequences(Reptilia：Squamata)[J].Molecular Phylogenetics and Evolution，1998，9(1)：118-130.

[15] Harris D J，Arnold E N，Thomas R H.Relationships of lacertid lizards(Reptilia：Lacertidae)estimated from mitochondrial DNA sequences and morphology[J].Proceedings of the Royal Society of London Biological Sciences，1998，265(1409)：1939-1948.

[16] 李耀东.线粒体基因组全序列研究与动物分子系统发生的关系[J].青海医学院学报，2006，27(1)：68-70.

[17] 赵尔宓，赵肯堂，周开亚，等.中国动物志：爬行纲有鳞目蜥蜴亚目[M].北京：科学出版社，1999：219-269.

[18] 陈复生，付承玉，汪泰初.动物线粒体基因分子系统学研究进展[J].安徽农业科学，2003，31(4)：595-598，601.

[19] 陈星，沈永义，张亚平.线粒体DNA在分子进化研究中的应用[J].动物学研究，2012，33(6)：566-573.

[20] Böhme M U，Fritzsch G，Tippmann A，et al.The complete mitochondrial genome of the green lizardLacertaviridisviridis(Reptilia：Lacertidae)and its phylogenetic position within squamate reptiles[J].Gene，2007，394(1)：69-77.

[21] 陶春荣.捷蜥蜴线粒体基因组及有鳞目系统发育研究[D].广西：广西师范大学，2014.

[22] 曹承和.饰纹姬蛙和金线蛙mtDNA全序列分析及其在无尾目系统发生关系中的应用[D].安徽：安徽师范大学，2007.

[23] 孙毅.基于线粒体基因COX1、Cytb和ND4的鲑科鱼类的系统发育[J].畜牧与饲料科学，2015，36(9)：9-17.

Study on Mitochondrial Genome Complete Sequence of Lacertidae in China

Ma Weiwei Liu Huan Zhao Wenge Liu Peng*

(College of Life Science and Technology，Harbin Normal University，Harbin，150025，China)

Mitochondrial genome complete sequence is one of the important topics in molecular biology research in recent years.We analyzed the length and composition of mitochondrial genome complete sequence for 9 species of Lacertidae in China，and we developed a phylogenetic tree of the 9 species from GenBank data.Based on these results，we can explore the origin，evolution and the relationship of species of Lacertidae.

Mitochondria genome；

稿件运行过程

2015-12-06

修回日期：2015-12-22

发表日期：2016-02-10

Q959.6 Q78

2310-1490(2016)01-25-05

全序列；

蜥蜴科

Complete sequence；

Lacertidae

国家自然科学基金项目(31172079)