李雪娟，黃原，雷富民

1. 陜西師范大學生命科學學院，西安 710062；

2. 中國科學院動物研究所動物進化與系統(tǒng)學院重點實驗室，北京 100101

山鷓鴣屬鳥類線粒體基因組的比較及系統(tǒng)發(fā)育研究

李雪娟1，黃原1，雷富民2

1. 陜西師范大學生命科學學院，西安 710062；

2. 中國科學院動物研究所動物進化與系統(tǒng)學院重點實驗室，北京 100101

海南山鷓鴣(Arborophila ardens)對生境選擇比較嚴格，種群數(shù)量稀少，屬于瀕危物種。為進一步研究山鷓鴣屬的進化和系統(tǒng)發(fā)育關系，文章利用Illumina Hiseq2000高通量測序技術獲得了海南山鷓鴣線粒體全基因組序列，從比較基因組學角度分析了4種山鷓鴣鳥類的線粒體基因組特征，并探討了山鷓鴣屬鳥類的系統(tǒng)發(fā)育地位。研究結果表明：(1) 海南山鷓鴣線粒體基因組長度為16 730 bp，編碼13個蛋白質(zhì)編碼基因、2個核糖體RNA基因、22個轉(zhuǎn)運RNA基因以及1個控制區(qū)；(2) 山鷓鴣屬物種受到了純化選擇的作用，且在進化過程中積累了更多的非同義替換；(3) 山鷓鴣屬位于雉科鳥類系統(tǒng)樹的基部位置，其中白眉山鷓鴣與紅喉山鷓鴣互為姐妹群，海南山鷓鴣位于山鷓鴣屬的基部位置，與其他3種山鷓鴣鳥類的親緣關系較遠。

海南山鷓鴣；線粒體基因組；比較基因組學；系統(tǒng)發(fā)育

山鷓鴣屬(Arborophila)鳥類隸屬雞形目(Galliformes)、雉科(Phasianidae)[1]，分布于我國西藏、四川、云南、廣西、廣東、福建、海南和臺灣等地，國外見于印度、緬甸、泰國及東南亞地區(qū)。山鷓鴣屬鳥類全世界共有 18種，其中 10種分布于我國，4種為我國特有種。海南山鷓鴣(Arborophila ardens)是我國的特有種，僅分布于海南島，生活環(huán)境與白鷴(Lophura nycthemera whiteheadi)及灰孔雀雉(Polyplectron bicalcaratum katsumatae)相似[2]。海南山鷓鴣對生境選擇比較嚴格，主要棲息于海南熱帶雨林和山地常綠林[2]，包括尖峰嶺、霸王嶺、五指山和吊羅山等地[3]。該物種種群數(shù)量稀少，目前已處于瀕危狀態(tài)[2]，是國家Ⅰ級重點保護動物，被列入中國瀕危動物紅皮書[4]和世界瀕危鳥類紅皮書[5]。國際自然保護同盟(IUCN)物種生存委員會(SSC)把海南山鷓鴣列入2000～2004年的保護行動計劃，并建議作為海南物種保護的“旗艦種”[6]。

迄今為止，人們對于海南山鷓鴣的研究還僅局限于換羽[7]、活動區(qū)和生境利用[8,9]等方面。為深入研究山鷓鴣屬物種的進化和系統(tǒng)發(fā)育關系，本研究測定了海南山鷓鴣(A. ardens)線粒體全基因組序列，結合GenBank數(shù)據(jù)庫中已公開的另外3種山鷓鴣屬鳥類的線粒體基因組序列——白眉山鷓鴣(A. gingica, FJ752425)、紅喉山鷓鴣(A. rufogularis, FJ752424)、四川山鷓鴣(A. rufipectus, FJ194942)，對山鷓鴣屬鳥類線粒體基因組序列的結構特征進行了比較分析，并聯(lián)合數(shù)據(jù)庫已公布的線粒體基因組序列構建了雉科鳥類的系統(tǒng)發(fā)育樹，探討了山鷓鴣屬鳥類的系統(tǒng)發(fā)育關系。

1 材料和方法

1.1 材料

海南山鷓鴣標本于2008年采自海南島，浸泡于無水乙醇中，并保存于-20℃冰箱。相關憑證標本現(xiàn)保存于中國科學院動物研究所動物進化與系統(tǒng)學院重點實驗室鳥類標本館。

1.2 方法

1.2.1 DNA提取、引物設計、PCR擴增和測序

采用傳統(tǒng)的酚-氯仿-異戊醇抽提法提取總DNA[10]。參考Sorenson等[11]提供的引物位置和序列，結合GenBank數(shù)據(jù)庫中相關雞形目鳥類的線粒體基因組序列，本研究最終確定了10對PCR擴增引物，并且使用Oligo 6.0軟件對引物進行了評價(附表1)。

PCR反應程序為：93℃預變性2 min；92℃變性10 s，58～53℃復性30 s，68℃延伸10 min，共20個循環(huán)；92℃變性10 s，53℃復性30 s，68℃延伸10 min，且延伸步驟每個循環(huán)增加20 s，共20個循環(huán)；68℃終延伸7 min；4℃保存。PCR擴增體系為15 μL，包括: 10×LA PCR Buffer 1.5 μL，MgCl2(25 mmol/L) 1.5 μL，dNTP(2.5 mmol/L) 2.4 μL，上下游引物(10 μmol/L)各2.1 μL，LA TaqDNA聚合酶(5 U/μL) 0.18 μL，總DNA(模板)1～2 μL，然后加ddH2O補足。

等濃度混合純化所得質(zhì)量較好的片段，構建約500 bp的測序文庫，采用Illumina Hiseq2000進行雙末端測序，reads長度為100 bp。拼接過程中產(chǎn)生的缺口(gap)使用Sorenson等[11]提供的鄰近引物以Sanger測序法補全(附表1中的補充引物)。測序工作由深圳華大基因科技有限公司完成。

1.2.2 序列拼接和注釋

海南山鷓鴣線粒體基因組序列采用 SOAP-denovo軟件進行拼接。線粒體基因組序列用在線軟件 tRNAscan-SE1.21[12]預測 tRNA基因的位置及二級結構，必要時需根據(jù)典型三葉草形結構特點輔以人工校正，最終得到了除 tRNAVal和 tRNASer(AGY)基因之外20個tRNA的二級結構。參考其他已發(fā)表的山鷓鴣屬物種線粒體基因組注釋信息，本研究進而確定tRNAVal和tRNASer(AGY)基因、蛋白質(zhì)編碼基因、rRNA基因及 CR的位置。參考 RNA數(shù)據(jù)庫(http://www.rna.ccbb.utexas.edu/)中紅原雞(Gallus gallus)、綠頭鴨(Anas platyrhynchos)和非洲爪蟾(Xenopus laevis)，以及地山雀(Pseudopodoces humilis)[13]、黑尾地鴉(Podoces hendersoni)[14]和黃牛(Bos taurus)[15]的 rRNA二級結構，預測海南山鷓鴣 12S和16S rRNA二級結構。利用MEGA4.1[16]軟件分析線粒體基因組核苷酸組成、蛋白質(zhì)編碼基因氨基酸組成等信息。

1.2.3 同義替換率和非同義替換率

本研究將4種山鷓鴣屬物種分為6組：海南山鷓鴣-白眉山鷓鴣、海南山鷓鴣-紅喉山鷓鴣、海南山鷓鴣-四川山鷓鴣、紅喉山鷓鴣-白眉山鷓鴣、紅喉山鷓鴣-四川山鷓鴣以及白眉山鷓鴣-四川山鷓鴣，利用 Kaks_calculator2.0軟件分別計算 13個蛋白質(zhì)編碼基因的同義替換率(Synonymous substitution rate, Ks)、非同義替換率(Nonsynonymous substitution rate, Ka)以及非同義替換率與同義替換率的比值(Ka/Ks)[17]。

1.2.4 系統(tǒng)發(fā)育分析

結合從GenBank數(shù)據(jù)庫下載的數(shù)據(jù)，本研究共選取雉科7亞科21屬24個物種及1個外群(Alectura lathami, NC_007227)的線粒體基因組序列，從線粒體基因組水平探討了山鷓鴣屬鳥類的系統(tǒng)發(fā)育關系。將比對好的單個線粒體基因連接成一個聯(lián)合數(shù)據(jù)集(mitogenome, PCGs+rRNAs+tRNAs+CR)，分別采用最大簡約法(Maximum parsimony, MP)、最大似然法(Maximum likelihood, ML)及貝葉斯推論法(Bayesian inference, BI)構建系統(tǒng)樹。利用軟件MrModelTest 2.2為聯(lián)合數(shù)據(jù)集選擇最優(yōu)模型。利用PAUP*4.0 b10軟件以啟發(fā)式搜索構建 MP樹(自舉 1000次)；利用RAxML 7.0.3軟件以最優(yōu)模型(GTR+I+G)構建 ML樹(自舉1000次)；利用MrBayes 3.1.2軟件以最優(yōu)模型(GTR+I+G)構建BI樹，采用馬爾科夫鏈的蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)方法，共運行100萬代，舍去前1000個老化樣本。

2 結果與分析

2.1 海南山鷓鴣線粒體全基因組序列結構特征

海南山鷓鴣線粒體全基因組高通量測序最終組裝的有效數(shù)據(jù)為126.52 Mb，測序深度為7 668.06 X。海南山鷓鴣線粒體全基因組序列長度為 16 730 bp (GenBank登錄號：KJ716444)，編碼13個蛋白質(zhì)編碼基因、22個tRNA基因、2個rRNA基因(12S和16S rRNA)以及1個控制區(qū)(CR)。海南山鷓鴣線粒體基因組結構緊湊，基因排列順序與鳥類線粒體基因典型的排列方式一致[18](附表2)。

2.1.1 蛋白質(zhì)編碼基因

13個蛋白質(zhì)編碼基因全長11 355 bp(不包括終止密碼子)，共編碼3785個氨基酸，除ND6基因定位在N鏈上外，其余均定位在J鏈上。ND3基因第174位置存在胞嘧啶插入。起始密碼子除COI基因為GTG、ND5為ATA外，其余均為標準的ATG；有1個基因的終止密碼子為AGG(COI)，1個為TAG (ND6)，3個為不完全終止密碼子T(ND2、COIII和ND4)，其余基因均為標準的TAA。在所編碼的3785個氨基酸中，使用最頻繁的氨基酸為 Leu，占所有氨基酸的17.78%。

2.1.2 rRNA和tRNA基因

12S和 16S rRNA 基因分別位于 tRNAPhe和tRNAVal以及 tRNAVal和 tRNALeu(UUR)之間，基因長度分別為972 bp和1629 bp。預測的12S rRNA二級結構包含 3個結構域，46個莖環(huán)結構(圖 1)；16S rRNA二級結構含有6個結構域，59個莖環(huán)結構(圖2)。22個tRNA基因的長度為66～77 bp，其中14個由J鏈編碼，8個由N鏈編碼。除tRNASer(AGY)(缺失DHU臂)之外，其余21種tRNA均可形成典型的三葉草二級結構。所有tRNA基因的二級結構中共存在31處堿基錯配現(xiàn)象，其中G-U錯配出現(xiàn)的頻率最高。

2.1.3 控制區(qū)

控制區(qū)長度為1178bp，位于tRNAGlu和tRNAPhe之間，其中包含3個結構域：ETAS(extended termination-associated sequence)結構域I (nt 1～315)，中央保守結構域II (nt 316～785)和CSB結構域III (nt 786～1178)[19～21](附圖1)。ETAS結構域I包括類似于雪雁(Anas caerulescens)“goose hairpin”的序列(36-64)[22]、ETAS1(64～126)和 ETAS2(124～163)保守區(qū)。中央保守結構域II中含有F box、E box、D box、C box和Bird similarity box[23]保守序列。CSB結構域III包含類似哺乳動物重鏈復制起始位點的 poly(C)序列(OH，nt 786～797)，且含有翻譯的雙向啟動子(LSP和HSP，nt 998～1020)。

2.2 山鷓鴣屬鳥類線粒體基因組比較

4種山鷓鴣屬鳥類線粒體基因組的結構和組成類似。除四川山鷓鴣之外，其他 3種山鷓鴣屬鳥類ND3基因第 174位置均存在胞嘧啶插入。利用mitogenome聯(lián)合數(shù)據(jù)集計算的未校正P距離中，白眉山鷓鴣與紅喉山鷓鴣之間的距離最小(0.04)，四川山鷓鴣和海南山鷓鴣之間的距離最大(0.088)。

2.2.1 A+T含量和核苷酸偏向性

圖1 海南山鷓鴣線粒體基因組12S rRNA二級結構及與其他3種山鷓鴣屬鳥類的比較I、II和III表示結構域，數(shù)字1～46表示莖區(qū)結構的數(shù)目，*表示錯配；白眉山鷓鴣(A.gin)、紅喉山鷓鴣(A.rufo)和四川山鷓鴣(A.rufi)12S rRNA二級結構與海南山鷓鴣不同之處被標出。

對4種山鷓鴣鳥類線粒體全基因組、13個蛋白質(zhì)編碼基因、核糖體RNA基因、轉(zhuǎn)運RNA基因及控制區(qū)等區(qū)域的堿基組成和核苷酸偏向性分析結果見附圖 2。本研究結果表明，線粒體基因組不同區(qū)域的A+T含量、AT和GC偏向性在山鷓鴣屬鳥類中是類似的。山鷓鴣屬鳥類線粒體全基因組A+T含量略大于G+C含量，具有明顯的GC偏向性(C含量遠大于G)。線粒體基因組4種不同類型的劃分中，A+T含量大致為：CR＞tRNA＞PCG＞rRNA，其中，tRNA二級結構環(huán)區(qū)序列(tRNA-loop)表現(xiàn)出較高的 A+T含量；AT偏向性在蛋白質(zhì)編碼基因密碼子第二位點(PCG-2nd，T含量遠大于A)和第三位點(PCG-3rd，A含量遠大于T)較為明顯；蛋白質(zhì)編碼基因密碼子第三位點(PCG-3rd)表現(xiàn)出明顯的GC偏向性，C含量遠大于G。

2.2.2 RNA二級結構比較

山鷓鴣屬鳥類線粒體rRNA二級結構中多數(shù)莖區(qū)序列較為保守，而環(huán)區(qū)變化較大(圖1和圖2)，例如16S rRNA二級結構莖區(qū)44上方環(huán)區(qū)中含有多處替換。山鷓鴣屬鳥類 tRNA二級結構的莖區(qū)序列較為保守，保守位點(Conserved sites, C)比例高達96%，環(huán)區(qū)變化較大。tRNA莖區(qū)中存在大量G-U錯配，這種配對方式仍然能夠形成雙螺旋結構，且在維系tRNA二級結構穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用。tRNA二級結構中，tRNALeu(UCN)較為保守，而 tRNAPhe和tRNALys變化相對較大。

2.2.3 蛋白質(zhì)編碼基因密碼子及氨基酸使用頻率

山鷓鴣屬鳥類中絕大多數(shù)蛋白質(zhì)編碼基因的起始和終止密碼子較為保守。起始密碼子一般為ATG，但COI基因以GTG為起始密碼子。終止密碼子共有4種類型(TAA、AGG、TAG和不完全終止密碼子T)，AGG僅存在于COI中；TAG僅出現(xiàn)在山鷓鴣屬鳥類ND6基因及四川山鷓鴣Cytb基因中；ND2、COIII和ND4基因以不完全密碼子T為終止；其他基因均以TAA為終止密碼子。PCG數(shù)據(jù)集中，UCA、CUA和CGA密碼子的使用頻率較高；PCG數(shù)據(jù)集翻譯成的氨基酸序列中，Leu使用頻率最高，Cys最低。

2.3 同義替換率和非同義替換率

山鷓鴣屬鳥類線粒體基因組蛋白質(zhì)編碼基因的Ks值明顯高于Ka(附圖3)。6個分組中，ATP8基因Ka值普遍較高，COI基因Ka值則較低。紅喉山鷓鴣-白眉山鷓鴣中大多數(shù)蛋白質(zhì)編碼基因的Ka和Ks數(shù)值小于其他5個分組。山鷓鴣屬鳥類Ka/Ks值均小于 1，這表明山鷓鴣屬物種蛋白質(zhì)編碼基因受到了純化選擇的作用。ATP8基因的Ka/Ks數(shù)值較高，ND系列基因數(shù)值處于中等，CO系列、ATP6和Cytb基因的數(shù)值較低。此外，大多數(shù)基因的P值(來自于Fisher精確檢驗)均明顯小于0.001，表明各組的差異達到了顯著水平。本研究進一步對上述 6個分組的PCG數(shù)據(jù)集分別統(tǒng)計序列的轉(zhuǎn)換(Ts)和顛換(Tv)，結果表明：堿基轉(zhuǎn)換數(shù)目遠高于顛換數(shù)目；PCG-3rd中轉(zhuǎn)換與顛換的數(shù)目明顯大于PCG-1st和PCG-2nd；白眉山鷓鴣-紅喉山鷓鴣中 PCG、PCG-1st和PCG-3rd的Ts/Tv數(shù)值均高于其他5個組。

2.4 山鷓鴣屬系統(tǒng)發(fā)育關系

本研究基于線粒體基因組聯(lián)合數(shù)據(jù)集構建的ML和BI樹具有一致的拓撲結構(圖3)。白眉山鷓鴣與紅喉山鷓鴣互為姐妹群，而后再與四川山鷓鴣聚在一起，海南山鷓鴣則位于山鷓鴣屬的基部位置；山鷓鴣屬的單系性得到了良好地支持，且山鷓鴣屬位于所有雉科鳥類的基部。

3 討 論

3.1 線粒體基因組特征

山鷓鴣屬鳥類線粒體基因組中多個蛋白質(zhì)編碼基因使用不完全終止密碼子 T，這類密碼子在脊椎動物中較為常見[24]。通常情況下，不完整的終止密碼子與相鄰的tRNA之間存在重疊序列，該終止密碼子能夠利用轉(zhuǎn)錄后加工過程將其補充為完整的TAA，有些學者認為 tRNA在此過程中起主要作用[25,26]。除四川山鷓鴣外，其他3種山鷓鴣屬物種ND3基因174位置存在胞嘧啶的插入現(xiàn)象，在轉(zhuǎn)錄翻譯過程中，這個額外插入的堿基被RNA通過自我修復剪切掉，從而有效地避免了因移碼突變導致基因轉(zhuǎn)錄提前終止[27]。四川山鷓鴣 ND3基因中不存在胞嘧啶插入，這可能是鳥類快速輻射進化在線粒體基因組中的遺留物，也可能是自然選擇的結果[28]。tRNA-loop的A+T含量較高，而PCG-1st和tRNA-stem的A+T含量較低，線粒體基因組不同分區(qū)的AT趨勢可能是轉(zhuǎn)錄耦合的修復和脫氨基作用的結果[29]。山鷓鴣屬鳥類rRNA二級結構環(huán)區(qū)變化較大，莖區(qū)較為保守[30,31]，這可能是因為兩者所受的選擇壓力不同。tRNASer(AGY)缺少DHU臂，這種現(xiàn)象在脊椎動物中較常見[32]，而缺失DHU臂后的tRNASer(AGY)仍可形成倒L型三級結構來維持CCA接受臂與反密碼子間的距離[33]。

圖3 mitogenome數(shù)據(jù)集構建的系統(tǒng)發(fā)育樹分支支持度依次為MP/ML/BI，其中*表示MP建樹結果與ML/BI不同。

3.2 同義替換率和非同義替換率

山鷓鴣屬鳥類蛋白質(zhì)編碼基因處于純化選擇作用下，這種現(xiàn)象普遍存在于其他物種中，例如蝽[34]、長棘海星屬[35]、真鯊目和鰩形目[36]、翼手目[37]、絨螯蟹屬和青蟹屬[38]、庸鰈屬和星鰈屬及舌鰨屬[39]、橈足動物[40]。山鷓鴣屬鳥類線粒體基因組蛋白質(zhì)編碼基因中，ATP8基因Ka/Ks值較大，COI基因Ka/Ks值較小，這與其他學者的研究類似[34,35,37,38,40～42]，表明ATP8和COI基因分別經(jīng)歷了較弱和較強的選擇壓力。此外，Li等[34]的研究表明，蛋白質(zhì)編碼基因的Ka/Ks值與其GC含量之間存在負相關；且GC含量的變化可能會導致基因間出現(xiàn)不同的進化模式[34,43]，但在本研究中，蛋白質(zhì)編碼基因的 Ka/Ks值與其相應的GC含量之間未觀察到明顯的負相關性。

飛行能力是鳥類的重要特征，飛行過程中所需的絕大部分能量都是通過線粒體中的氧化磷酸化過程產(chǎn)生的，飛行速度快的鳥類應該比飛行速度慢或不能飛行的鳥類具有更高效的能量代謝。對于善于飛行的鳥類而言，非同義突變大部分是有害的，一旦發(fā)生非同義替換，就會影響氧化磷酸化過程中能量的產(chǎn)生，也就不能滿足飛行的需求，所以這種有害的非同義突變就會被純化選擇消除。本研究中，山鷓鴣屬鳥類蛋白質(zhì)編碼基因Ka/Ks平均值為0.0513，與Shen等[44]研究中不善飛行組鳥類的Ka/Ks值(平均 0.05)接近，且高于其研究中善于飛行組鳥類的Ka/Ks值(平均0.04)，這表明不善飛行的山鷓鴣屬物種在進化歷史中積累了更多的非同義替換。

3.3 山鷓鴣屬系統(tǒng)發(fā)育關系

4種山鷓鴣屬物種具有共同的生物學特征，例如上體呈橄欖褐色，繁殖期在4～6月份。相比而言，紅喉山鷓鴣和白眉山鷓鴣的形態(tài)學特征更為相似，例如，眼周裸出的皮膚為紅色，嘴黑色，腿、腳紅色，而四川山鷓鴣的腿、腳赭褐色，海南山鷓鴣的嘴灰色，腳深粉紅色，這與上述紅喉山鷓鴣和白眉山鷓鴣具有較明顯的差別。本研究的系統(tǒng)發(fā)育結果表明：白眉山鷓鴣與紅喉山鷓鴣互為姐妹群，顯示出較近的親緣關系，這與上述形態(tài)學特征及未校正P距離結果是一致的；海南山鷓鴣位于山鷓鴣屬的基部位置，與其他3種山鷓鴣屬鳥類的親緣關系較遠，與 Wang等[45]的研究結果一致。山鷓鴣屬位于雉科的基部位置，與其他雉科鳥類形成姐妹群關系，這種系統(tǒng)發(fā)育關系與Crowe等[46]、李喜鳳[47]的研究結果類似。

附錄：附表及附圖見WWW.Chinagene.cn。

[1] 鄭光美. 中國鳥類分類與分布名錄. 北京: 科學出版社, 2005.

[2] 高育仁. 海南山鷓鴣. 見盧汰春主編: 中國瀕危野生雞類. 福州: 福建科學技術出版社, 1991: 149-153.

[3] 李湘濤. 中國雞形目鳥類種與亞種的分布和生存現(xiàn)狀(英文). 動物學報, 1996, 42(增刊): 25-30.

[4] 汪松, 鄭光美, 王歧山. 中國瀕危動物紅皮書: 鳥類.北京: 科學出版社, 1998.

[5] IUCN 2013. The IUCN Red List of Threatened Species. Version 2013. 2. ＜http://www.iucnredlist.org＞

[6] 梁偉, 史海濤, 王力軍. 對海南省設立省鳥的探討. 海南師范學院學報(自然科學版), 2002, 15(2): 67-70.

[7] 高育仁. 海南山鷓鴣的換羽. 中國動物科學研究——中國動物學會第十四屆會員代表大會及中國動物學會 65周年年會論文集, 1999: 498-501.

[8] 韋鋒. 海南山鷓鴣的活動區(qū)和夜棲地利用[學位論文].海南師范大學, 2008.

[9] 楊燦朝. 海南鸚哥嶺自然保護區(qū)海南山鷓鴣(Arborophila ardens)的領域、活動區(qū)和生境利用[學位論文]. 海南師范大學, 2007.

[10] 黨江鵬, 劉念, 葉偉, 黃原. 云斑車蝗線粒體基因組全序列測定與分析. 昆蟲學報, 2008, 51(7): 671-680.

[11] Sorenson MD. Avian mtDNA primers. 2003. ＜http:// people.bu.edu/msoren/ Primers.html＞

[12] Lowe TM, Eddy SR. tRNAscan-SE: A program for improved detection of transfer RNA genes in genomic sequence. Nucleic Acids Res, 1997, 25(5): 955-964.

[13] 楊超, 雷富民, 黃原. 地山雀線粒體基因組全序列的測定與分析. 動物學研究, 2010, 31(4): 333-344.

[14] 柯楊, 黃原, 雷富民. 黑尾地鴉線粒體基因組序列測定與分析. 遺傳, 2010, 32(9): 951-960.

[15] Burk A, Douzery EJP, Springer MS. The secondary structure of mammalian mitochondrial 16S rRNA molecules: refinements based on a comparative phylogenetic approach. J Mam Evol, 2002, 9(3): 225-252.

[16] Kumar S, Tamura K, Nei M. MEGA: molecular evolutionary genetics analysis software for microcomputers. Comput Appl Biosci, 1994, 10(2): 189-191.

[17] Zhang Z, Li J, Zhao XQ, Wang J, Wong GKS, Yu J. KaKs-Calculator: calculating Ka and Ks through model selection and model averaging. Genomics Proteomics Bioinformatics, 2006, 4(4): 259-263.

[18] Mindell DP, Sorenson MD, Dimcheff DE. Multiple independent origins of mitochondrial gene order in birds. Proc Natl Acad Sci USA, 1998, 95(18): 10693-10697.

[19] Brown GG, Gadaleta G, Pepe G, Saccone C, Sbisà E. Structural conservation and variation in the D-loop-containing region of vertebrate mitochondrial DNA. J Mol Biol, 1986, 192(3): 503-511.

[20] Randi E, Lucchini V. Organization and evolution of the mitochondrial DNA control region in the avian genus Alectoris. J Mol Evol, 1998, 47(4): 449-462.

[21] Saccone C, Pesole G, Sbisá E. The main regulatory region of mammalian mitochondrial DNA: structure-function model and evolutionary pattern. J Mol Evol, 1991, 33(1): 83-91.

[22] Quinn TW. The genetic legacy of Mother Goose-phylogeographic patterns of lesser snow goose Chen caerulescens caerulescens maternal lineages. Mol Ecol, 1992, 1(2): 105-117.

[23] Ruokonen M, Kvist L. Structure and evolution of the avian mitochondrial control region. Mol Phyl Evol, 2002, 23(3): 422-432.

[24] Cui ZX, Liu Y, Li CP, You F, Chu KH. The complete mitochondrial genome of the large yellow croaker, Larimichthys crocea (Perciformes, Sciaenidae): unusual features of its control region and the phylogenetic position of the Sciaenidae. Gene, 2009, 432(1-2): 33-43.

[25] Quinn TW. Molecular evolution of the mitochondrial genome. In: Mindell DP. Avian Molecular Evolution and Systematics. San Diego: Academic Press, 1997: 3-28.

[26] Ojala D, Montoya J, Attardi G. tRNA punctuation model of RNA processing in human mitochondria. Nature, 1981, 290(5806): 470-474.

[27] Mindell DP, Sorenson MD, Dimcheff DE. An extra nucleotide is not translated in mitochondrial ND3 of some birds and turtles. Mol Biol Evol, 1998, 15(11): 1568-1571.

[28] 高英凱, 苗永旺, 蘇小茜, 池振奮, 俞贇, 姜楓. 74 種鳥類線粒體基因組堿基組成及特征分析. 云南農(nóng)業(yè)大學學報, 2009, 24(1): 51-58.

[29] Francino MP, Ochman H. Strand asymmetries in DNA evolution. Trends Genet, 1997, 13(6): 240-245.

[30] Woese CR, Magrum LJ, Gupta R, Siegel RB, Stahl DA,Kop J, Crawford N, Brosius J, Gutell R, Hogan JJ, Noller HF. Secondary structure model for bacterial 16S ribosomal RNA: phylogenetic, enzymatic and chemical evidence. Nucleic Acids Res, 1980, 8(10): 2275-2293.

[31] Noller HF. Structure of ribosomal RNA. Annu Rev Biochem, 1984, 53(1): 119-162.

[32] H?rlid A, Janke A, Arnason U. The mtDNA sequence of the ostrich and the divergence between paleognathous and neognathous birds. Mol Biol Evol, 1997, 14(7): 754-761.

[33] Hanada T, Suzuki T, Watanabe K. Translation activity of mitochondrial tRNA with unusual secondary structure. Nucl Acids Symp Ser, 2000, 44(1): 249-250.

[34] Li H, Liu H, Shi AM, ?tys P, Zhou XG, Cai WZ. The Complete Mitochondrial Genome and Novel Gene Arrangement of the Unique-Headed Bug Stenopirates sp. (Hemiptera: Enicocephalidae). PLoS ONE, 2012, 7(1): e29419.

[35] 田美, 申欣, 孟學平, 程漢良. 7個海星動物線粒體基因組比較及基因變異位點分析. 臺灣海峽, 2012, 31(2): 189-194.

[36] 申欣, 田美, 孟學平, 程漢良. 10種軟骨魚線粒體基因組特征分析. 漁業(yè)科學進展, 2011, 32(3): 26-32.

[37] Meganathan PR, Pagan HJT, McCulloch ES, Stevens RD, Ray DA. Complete mitochondrial genome sequences of three bats species and whole genome mitochondrial analyses reveal patterns of codon bias and lend support to a basal split in Chiroptera. Gene, 2012, 492(1): 121-129.

[38] 田美, 申欣, 孟學平, 程漢良. 短尾派線粒體基因組特征及基因差異位點分析. 水產(chǎn)科學, 2011, 30(1): 31-37.

[39] 申欣, 田美, 孟學平, 程漢良, 許建和, 閻斌倫. 鲆鰈類線粒體基因排列、特征比較及系統(tǒng)發(fā)生分析. 水產(chǎn)科學, 2013, 32(10): 590-596.

[40] Wang MX, Sun S, Li CL, Shen X. Distinctive mitochondrial genome of Calanoid copepod Calanus sinicus with multiple large non-coding regions and reshuffled gene order: Useful molecular markers for phylogenetic and population studies. BMC Genomics, 2011, 12(1): 73.

[41] Helfenbein KG, Fourcade HM, Vanjani RG, Boore JL. The mitochondrial genome of Paraspadella gotoi is highly reduced and reveals that chaetognaths are a sister group to protostomes. Proc Natl Acad Sci USA, 2004, 101(29): 10639-10643.

[42] Papillon D, Perez Y, Caubit X, Le Parco Y. Identification of chaetognaths as protostomes is supported by the analysis of their mitochondrial genome. Mol Biol Evol, 2004, 21(11): 2122-2129.

[43] Hua JM, Li M, Dong PZ, Cui Y, Xie Q, Bu WJ. Comparative and phylogenomic studies on the mitochondrial genomes of Pentatomomorpha (Insecta: Hemiptera: Heteroptera). BMC Genomics, 2008, 9(1): 610.

[44] Shen YY, Shi P, Sun YB, Zhang YP. Relaxation of selective constraints on avian mitochondrial DNA following the degeneration of flight ability. Genome Res, 2009, 19(10): 1760-1765.

[45] Wang N, Kimball RT, Braun EL, Liang B, Zhang ZW. Assessing phylogenetic relationships among galliformes: a multigene phylogeny with expanded taxon sampling in phasianidae. PLoS ONE, 2013, 8(5): e64312.

[46] Crowe TM, Bowie RCK, Bloomer P, Mandiwana TG, Hedderson TAJ, Randi E, Pereira SL, Wakeling J. Phylogenetics, biogeography and classifcation of, and character evolution in, gamebirds (Aves: Galliformes): effects of character exclusion, data partitioning and missing data. Cladistics, 2006, 22(6): 495-532.

[47] 李喜鳳. 雞形目、鶴形目和雀形目七種鳥類線粒體全基因組的測定與分析[學位論文]. 安徽師范大學, 2012.

(責任編委: 李 輝)

Comparative and phylogenomic analyses on mitochondrial genomes of Arborophila species

Xuejuan Li1, Yuan Huang1, Fumin Lei2

1. School of Life Sciences, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China;
2. Key Laboratory of Zoological Systematics and Evolution, Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

Arborophila ardens, an endangered species, has a strict habitat preference and sparse population. In order to further study evolution and phylogenetic relationship of Arborophila, the mitochondrial genome (mitogenome) of A. ardens was obtained by Illumina Hiseq2000 high-throughput sequencing. The comparative genomic analyses were made among four Arborophila species, and phylogenetic relationship of Arborophila was discussed. The results revealed that: (1) the complete mitogenome of A. ardens is 16 730 bp in length, including 13 protein-coding genes (PCGs), two ribosomal RNA genes (rRNAs), 22 transfer RNA genes (tRNAs) and a control region (CR); (2) Arborophila species were affected by purifying selection, and more nonsynonymous substitutions were accumulated in the process of evolution; (3) Arborophila was at the basal position of Phasianidae within the phylogenetic tree, and A. gingica was placed as sister to A. rufogularis, while A. ardens formed the basal position of Arborophila, which indicated a distant genetic relationship with other three species.

Arborophila ardens; mitochondrial genome; comparative genomics; phylogeny

附表1 海南山鷓鴣線粒體基因組PCR擴增引物

2014-03-14;

2014-07-25

國家杰出青年科學基金(編號：30925008)和中國科學院動物進化與系統(tǒng)學重點實驗室開放課題(編號：O529YX5105)

李雪娟，博士研究生，研究方向：分子進化生物學。E-mail: lixuejuan456@163.com

黃原，教授，博士生導師，研究方向：分子進化與分子系統(tǒng)學。E-mail: yuanh@snnu.edu.cn

雷富民，研究員，博士生導師，研究方向：鳥類學。E-mail: leifm@ioz.ac.cn

10.3724/SP.J.1005.2014.0912

時間: 2014-8-12 14:16:59

URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20140812.1416.001.html