發布時間：2022-04-11所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 鱗翅目昆蟲, 無論作為農林業主要害蟲, 抑或作為傳粉媒介和經濟昆蟲, 對人類社會都產生了深遠影響. 昆蟲線粒體基因組具有基因組成穩定、基因排列相對保守等性質, 因而廣泛用于進化和系統發育研究. 目前已有 63 種鱗翅目昆蟲的線粒體基因組序列被測定, 本文比較了其
摘要 鱗翅目昆蟲, 無論作為農林業主要害蟲, 抑或作為傳粉媒介和經濟昆蟲, 對人類社會都產生了深遠影響. 昆蟲線粒體基因組具有基因組成穩定、基因排列相對保守等性質, 因而廣泛用于進化和系統發育研究. 目前已有 63 種鱗翅目昆蟲的線粒體基因組序列被測定, 本文比較了其中已知的 58 條參考序列的基本特征; 同時構建了鱗翅目昆蟲系統發育樹, 發現其與傳統分類具有較好的一致性. 本工作為鱗翅目昆蟲的進化研究奠定了基礎, 并提示線粒體比較基因組學在后基因組時代對于構建昆蟲系統發育關系有著巨大潛力.
關鍵詞鱗翅目線粒體基因組比較基因組進化分子系統學
鱗翅目屬于節肢動物門 (Arthropoda) 昆蟲綱 (Insecta), 包括蝶(butterfly)、蛾(moth) 2 類, 為全變態昆蟲, 1 個世代經歷卵、幼蟲、蛹、成蟲等 4 階段. 鱗翅目昆蟲種類繁多, 世界各地分布約 30 萬種(約 95% 以上為蛾類, http://www.discoverlife.org/), 其中已描述的種類有 157424 種[1]. 不論是作為農林業主要害蟲, 抑或作為傳粉媒介和經濟昆蟲, 鱗翅目昆蟲對人類社會都產生了深遠影響. 深入了解鱗翅目昆蟲的起源、進化和系統發育關系, 對鱗翅目蟲害防治、經濟昆蟲種質資源的利用具有重要意義[2~5].
動物線粒體基因組(mitochondrial genome)一般為雙鏈、閉環的 DNA 分子[6], 具有突變率高、進化速度快、很少發生重組、易于 PCR 擴增等特點, 已成為一種重要的分子標記[6,7], 并廣泛用于包括鱗翅目昆蟲在內的許多物種的遺傳進化、分類鑒定和系統發育等研究[7~10]. 根據對 NCBI 數據庫的統計, 截止到 2012 年 11 月, 完成線粒體基因組測序的鱗翅目物種已達 63 種, 品種數達 112 個(僅次于雙翅目的 372 個), 獲得參考序列 58 條(為昆蟲綱最高). 本文通過比較分析現有的 58 條參考序列, 總結歸納鱗翅目線粒體基因組堿基組成、基因排列、tRNA 和 rRNA 基因、蛋白編碼基因、基因重疊區、基因間隔區的特點, 不但有助于了解鱗翅目線粒體基因組的基本特征, 而且可以為高級分類階元(科、目等)線粒體基因組的比較分析提供參考.
隨著國際生命條形碼計劃(http://ibol.org/)的啟動, 線粒體基因 cox1(cytochrome c oxidase subunit 1)作為公認的動物界標準 DNA 條形碼基因, 已用于幾乎所有動物的分類鑒定等研究[9]. 與 cox1 基因相比, 目前線粒體基因組序列則主要在探討動物(包括鱗翅目昆蟲)的系統發育關系、起源、進化等問題中發揮著重要作用[7~11]. 為此, 本文對線粒體基因組序列在鱗翅目昆蟲分子系統學、性別控制以及物種起源與進化等領域的研究進展和應用潛力作一總結與展望.
1 鱗翅目昆蟲線粒體基因組的比較分析
1.1 概況
鱗翅目中, 線粒體基因組第一個測序并公布在 NCBI 上的是家蠶(Bombyx mori), 迄今被收錄為參考序列的物種包括 29 種蝶類和 29 種蛾類, 分布在鱗翅目蛺蝶科、鳳蝶科、灰蝶科、粉蝶科、弄蝶科和蠶蛾科、大蠶蛾科、天蛾科、蝙蝠蛾科、夜蛾科、舟蛾科、燈蛾科、毒蛾科、尺蛾科、潛蛾科、卷葉蛾科、螟蛾科、草螟科等 18 科, 分屬鳳蝶總科、弄蝶總科、蠶蛾總科、蝙蝠蛾總科、夜蛾總科、尺蛾總科、巢蛾總科、卷葉蛾總科和螟蛾總科等 9 個總科(表 1). 鱗翅目昆蟲線粒體基因組大小約 15~16 kb, 平均 15381 bp. 人支蝠蛾[12] 線粒體 DNA(mitochondrial DNA, mtDNA) 由于 A+T富集區較大, 長達 16173 bp, 是已知線粒體基因組最大的鱗翅目物種. 鱗翅目昆蟲 mtDNA 堿基組成表現出典型 AT 偏好, 堿基 A+T 含量范圍為 77.8%~82.7%, 平均 80.7%. 其中 A+T 含量最小的物種是 O. lunifer, 最大的物種是朝灰蝶.
1.2 基因排列
線粒體在好氧真核細胞的細胞代謝過程中發揮著至關重要的作用, 后生動物線粒體基因組的基因組成是高度保守的, 一般包括 37 個基因, 即 13 個蛋白編碼基因(protein-coding gene, PCG: NADH dehydrogenase subunits 1-6, nad1-6; cytochrome oxidase subunits 1-3, cox1-3; ATPase subunits 6, 8, atp6, atp8; cytochrome b, cytb), 2個核糖體 RNA基因(rRNA gene: large ribosome RNA, rrnL; small ribosome RNA, rrnS)和 22 個轉移 RNA 基因(transfer RNA gene, tRNA gene)[6]. 已知的鱗翅目昆蟲線粒體基因組的 13 個蛋白編碼基因中 9 個(nad2, cox1, cox2, atp8, atp6, cox3, nad3, nad6, cytb)位于主鏈(majority-coding strand, J 鏈 ), 4 個 (nad5, nad4, nad4L, nad1) 位于次鏈 (minority-coding strand, N鏈). 除此之外, 還有 1個非編碼部分——A+T 富集區, 由于該區域含有許多參與轉錄、復制的重要調控元件, 因此被認為是 mtDNA 控制區(control region)[43]. 線粒體 DNA 上的基因排列緊湊, 基因間的非編碼序列非常短小, 時常可見由少數核苷酸形成的基因重疊[12,16]. 這使得 mtDNA 上的基因排列順序相對固定[44], 基因重排主要發生在 tRNA 基因[6]. 絕大多數鱗翅目昆蟲線粒體基因的排列順序, 與第一個被測序的鱗翅目昆蟲家蠶一致, 而不同于第一個被測序的節肢動物果蠅(Drosophila yakuba) [45]. 例外發生在人支蝠蛾和云南蝠蛾[12]、小赭弄蝶和梳翅弄蝶: 人支蝠蛾、云南蝠蛾線粒體基因組有 22 個 tRNA 基因, 但是排序不同于家蠶(trnMtrnI-trnQ) 而類似果蠅 (trnI-trnQ-trnM) [12,46]; 小赭弄蝶、梳翅弄蝶基因排序類似于家蠶, 卻分別有 24 個和 23 個 tRNA 基因——即出現了基因排序異常、基因數目異常兩種情形(圖 1). tRNA 基因易位在昆蟲 mtDNA 進化過程中比較普遍[43,47], 基因重排越明顯的物種分子進化速率越快[48], 因此可用于研究物種演化過程. 人支蝠蛾和云南蝠蛾是目前唯一已完成線粒體基因組測序的非雙孔亞目(nonditrysia)類群[12], 其特殊的基因順序或許將為分析鱗翅目高級階元雙孔亞目、非雙孔亞目的分歧事件提供參考. 梳翅弄蝶和小赭弄蝶 trnS, trnL 基因個數分別為“3+3”和“2+3”, 不同于常見的“2+2”, 因此顛覆了動物 mtDNA 只有 37 個基因的傳統觀念[6]. 另外, 梳翅弄蝶額外的 trnS, trnL 基因為串聯重復, 歸納為弄蝶Ⅰ型; 小赭弄蝶額外的 trnL 基因位于 A+T 富集區, 歸納為弄蝶Ⅱ型, 朝灰蝶[22]、苧麻珍蝶[19]情形分別與之類似(表 1, 圖 1).
1.3 tRNA 與 rRNA 基因
鱗翅目昆蟲線粒體基因組中, 22 個 tRNA 基因一般包括[49] 2 個 trnL [trnL(UUR)和 trnL(CUN), trnL1 和 trnL2], 2 個 trnS [trnS(AGN)和 trnS(UCN), trnS1 和 trnS2]以及其他 18 種 tRNA 基因各 1 個. 通常, 對鱗翅目昆蟲而言, 除 trnS(AGN)外, 其余 21 個 tRNA 基因二級結構均為典型的三葉草結構(typical cloverleaf secondary structure)(圖 2); 而 trnS(AGN)缺少二氫尿嘧啶臂(DHU stem), 形成一個簡單的 D 環[14,16] (圖 2). 當然也有例外, 如樟蠶的 trnS(AGN), trnS(UCN)二級結構均缺少 DHU 臂[27], 而茶小卷葉蛾[33]等物種的 trnS(AGN)則擁有完整的三葉草結構.
堿基錯配(base pair mismatch)普遍存在于鱗翅目昆蟲 tRNA 二級結構[14]. 例如, 堿基錯配數云南蝠蛾為 18[12], 柞蠶為 24[15], 殘鍔線蛺蝶為 22[16], 黑紋粉蝶為 19[23], 樟蠶為 24[27], O. lunifer 為 32[35], 美國白蛾為 23[36]. 錯配類型包括 G-U, A-C, A-G, A-A 和 U-U 錯配, 最常見的是 G-U 錯配等. 堿基錯配可發生在 tRNA 二級結構的二氫尿嘧啶臂、反密碼子臂、 TΨC 臂、氨基酸接受臂, 其中氨基酸接受臂錯配頻率較高.
rRNA 基因包括 rrnL 基因(16S rRNA 或 lrRNA 基因)和 rrnS 基因(12S rRNA 或 srRNA 基因) [6], 其大小和位置均比較保守, 堿基組成表現出明顯 AT 偏好[35]. 其中, rrnL 位于 trnL(CUN)和 trnV 之間, 大小 1311~ 1421 bp, 平均 1350 bp, 其中大紫蛺蝶(S. charonda kuriyamaensis)的長度最小, 黃斑長翅卷葉蛾長度最大. 鱗翅目 rrnL基因的 A+T含量為 81.5%~86.0%, 平均 84.4%, 其中 O. lunifer 最低, 云南蝠蛾最高. 相較 rrnL 而言, 鱗翅目昆蟲的 rrnS(位于 trnV 和 A+T 富集區之間 )大小更為保守 [12,14,15,41], 范圍為 739~830 bp(不包括歐洲玉米螟的 434 bp 和亞洲玉米螟的 435 bp), 平均 779 bp, 其中祖灰蝶長度最小, 蘋掌舟蛾長度最大. 鱗翅目 rrnS 的長度雖然遠小于 rrnL, 但是其 A+T 含量卻略高于 rrnL[23,29]: rrnS 的 A+T 含量 82.1% ~87.1%, 平均 85.1%, 其中歐洲玉米螟最低, 旋紋潛蛾最高. 一般來說, rRNA 基因的 A+T 含量高于蛋白編碼基因和 tRNA 基因[15].
1.4 蛋白編碼基因
PCG 的堿基組成表現出明顯 AT 偏好[15,28,32,37], 且不同鱗翅目物種的 PCG 數目、排列順序完全一致, PCG 大小在不同物種中相差不大(圖 1). PCG 沒有內含子, 這與整個 mtDNA 表現的“非編碼區稀少”特征類似, 可能與線粒體進化有關[6,50]. PCG 最常見的起始密碼子為 AUN[12], 編碼 Met. cox1 基因起始密碼子較復雜, 例如, 家蠶為 UUUUAG[13], 亞洲玉米螟、歐洲玉米螟為 UAUUAG[14], 苧麻珍蝶為 UUG[19], 朝灰蝶為 UUAG[22]. 最近一項來自不吉按蚊轉錄本的證據支持 UCG[51], 而大多數鱗翅目物種[12,16,23,42], 包括來自豆莢螟的表達序列標簽數據都支持 CGA. 因此, 認同 CGA 作為 cox1 基因起始密碼子的研究占大多數[12]. PCG 終止密碼子為 UAA, 某些基因則以不完全的 U 或 UA 作為轉錄終止信號[13]. 例如, 人支蝠蛾 nad2, cox1, cox2, nad3, nad5 基因為 U, 而其 atp6, nad4L, nad6 基因為 UA; 云南蝠蛾 cox1, cox2, nad3, nad5 基因為 U, 而 atp6, nad4L, nad6 基因為 UA[12]; 野桑蠶和家蠶 cox1, cox2 基因為 U[13]; 亞洲玉米螟和歐洲玉米螟 cox2, atp6 基因分別為 U, UA[14]; 柞蠶 cox1, cox2, nad3, nad5 基因為 U, atp6 基因為 UA[15]; 殘鍔線蛺蝶 nad4 基因為 U[16]; 黑紋粉蝶 cox1, cox2, nad2, nad5基因為 U, nad3基因為 UAG[23]. 一般認為, 不完全終止子 U, UA 在轉錄后經聚腺苷酸化(posttranscriptional polyadenylation)形成完整的 UAA 終止子[52,53].
1.5 密碼子使用與進化
(1) 密碼子使用. 利用 Codon Usage Database數據庫[54]收錄的 12 種以及未發表的 20 種(表 1), 合計 32 種鱗翅目昆蟲 mtDNA(共 110990 個完全密碼子), 統計 PCG 密碼子使用情況和堿基組成, 分析密碼子偏好性. 統計結果經匯總整理見表 2, 從表中可見鱗翅目 PCG 密碼子使用存在以下特征: (i) 鱗翅目昆蟲有 2 種完全終止密碼子 UAA 和 UAG, UAA 使用頻率遠高于 UAG; (ii) UUA, UUG 和 CUN 等 6 種密碼子均對應氨基酸 Leu, UUA 使用頻率最高; (iii) UUU 和 UUC 對應氨基酸 Phe, UUU 使用頻率更高; (iv) AUU 和 AUC 對應氨基酸 Ile, AUU 使用頻率更高; (v) AUA 和 AUG 對應氨基酸 Met, AUA 使用頻率更高; (vi) AAU 和 AAC 對應氨基酸 Asn, AAU 使用頻率更高; (vii) 鱗翅目昆蟲 PCG 密碼子堿基組成偏好 AT, 例如 32 種鱗翅目昆蟲 A+T 平均含量為 79.4%; (viii) 密碼子第 3 位偏愛 AT, 所分析的這 32 個物種 PCG 的 A+T 含量平均值為 92.5%, 而朝灰蝶、天蠶等物種 A+T 含量甚至超過 95%. 另外, 通過與已發表但未被 Codon Usage Database 數據庫收錄的其他物種如人支蝠蛾和云南蝠蛾[12]、殘鍔線蛺蝶[16]、O. lunifer[35]、美國白蛾[36]、二化螟和稻縱卷葉螟[41]、小蔗螟[42]等密碼子使用的分析數據比較可知, 表 2 中的密碼子使用頻率與上述數據具有良好的一致性.
(2) 密碼子進化. 生物進化模式的差異使得多種密碼子系統得以形成: 不僅是細胞核與細胞器(線粒體、葉綠體)之間, 而且細胞核與細胞核、細胞器與細胞器之間的遺傳密碼也不盡相同[55]. 例如在鱗翅目昆蟲線粒體基因組中, 密碼子 UGA, AUA, AGA 分別對應 Trp, Met, Ser; 而在通用密碼子表中它們分別對應終止子, Ile, Arg, 這 3 個密碼子的變異情況也適用于所有節肢動物和絕大部分無脊椎動物[56,57]. AGG 在無脊椎動物線粒體密碼子系統中對應 Ser, 而在少數節肢動物線粒體中 AGG 對應 Lys[55]. 不同密碼子系統的出現, 可能因為遺傳密碼進化可以帶來直接的選擇優勢[58]. 影響翻譯機器的因素都可能造成遺傳密碼變異, 其中作用較大的有堿基修飾[59]、 tRNA 突變和 tRNA 編輯[57]. 例如, 在鱗翅目昆蟲 mtDNA 中 AGA 對應 Ser 而非 Arg, 這是其反密碼子 GCU 經甲基化修飾形成 m7 GCU 所致[57].
1.6 基因間隔區與基因重疊區
A+T 富集區也稱控制區或 D-Loop, 是動物 mtDNA 的復制起始區和最大的基因間隔區[43,60]. 除亞洲玉米螟、歐洲玉米螟等 2 個物種(“A+T 富集區” 未確定)外, 其余 56 個物種的 A+T 富集區位置相對固定, 位于 rrnS, trnM(trnI)基因之間. 這 56 種鱗翅目昆蟲 A+T 富集區堿基平均含量: A 為 44.1%, G 為 2.2%, C 為 4.3%, T 為 49.4%. 這 56 種鱗翅目昆蟲 A+T 富集區的 A+T 含量桑尺蠖最高(98.2%), 天蠶蛾最低 (87.89%), 平均為 93.5%. A+T 富集區大小并不保守 (311~1367 bp, 平均 464 bp), 最小的是大螟, 最大的是人支蝠蛾. 曾有學者指出, A+T 富集區是 mtDNA 進化最快的區域, 可作為動物群體遺傳學的重要分子標記, 然而從核苷酸替換的角度而言, A+T 富集區可能并不是昆蟲 mtDNA 變化最大的區域[61]. 例如比較家蠶和日本野桑蠶 mtDNA 可知, 它們 A+T 富集區的核苷酸序列變異程度僅高于 rrnS 基因[10]; 比較家蠶和中國野桑蠶也發現 A+T 富集區核苷酸序列差異低于蛋白編碼基因 cytb, cox3 和 nad4L[10]. 鱗翅目昆蟲 mtDNA 的 A+T 富集區一般存在 4 個保守結構[15,19,23,61], 包括: (1) 始于臨近核糖體 RNA 基因一端第 10~30 堿基位點的 ATAGA[20]或 ATAGT 及其后 15~20 bp 的 polyT, 即復制子[61]所在區域. 例如, 至少 35 個物種(35/56)A+T 富集區序列中存在“ATAGA(T)” +“18 bp polyT”元件; 同時, 除人支蝠蛾、云南蝠蛾、華西琉璃灰蝶、金鳳蝶、絹粉蝶外, 其余 51 種鱗翅目昆蟲(51/56)A+T 富集區均含 ATAGA(T)+polyT 片段. (2) 微衛星元件(AT)n [23]或(TA)n, 靠近轉運 RNA 基因一端 . 然 而 , 僅 22 個鱗翅目昆蟲物種 (22/56)A+T 富集區含有微衛星片段“(AT)n”(n≥8), 僅 25 個鱗翅目昆蟲物種(25/56)A+T 富集區含有“(TA)n” (n≥8), 因此 A+T 富集區微衛星元件的保守性有待進一步研究. (3) 位于轉運 RNA 基因上游的 polyA[15,23] 或 polyT, 長約 5~15 bp. (4) 貫穿整個 A+T 富集區的重復序列[15,23], 其大小、重復數目均不保守.
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除 A+T 富集區外, mtDNA 上散在分布著數目不等(1~20 個)、大小不定(幾堿基對到幾百堿基對)的間隔序列. 線粒體進化趨向于基因組大小減少, 是通過消除/削減基因間隔區(intergenic spacer)實現的, 這一觀點已被證實[62,63]. 為探討基因間隔區和基因重疊區(overlapping region)保守特征, 對 58 種鱗翅目昆蟲 mtDNA 中 trnQ—nad2, trnS2—nad1, trnW—trnC, atp8—atp6 等 4 處區域進行統計分析. 統計方法: 登錄 GenBank 數據庫, 檢索并計算 58 種鱗翅目昆蟲在此 4 處區域的堿基個數, 統計結果見表 3.
統計結果表明, 鱗翅目昆蟲 mtDNA 至少有 2 個相對保守的基因間隔區和 2 個相對保守的基因重疊區. (1) 基因間隔區. 間隔區 1(Spacer1)較大, 處在 trnQ—nad2 基因間, 大小 40~90 bp, 平均 53 bp; 間隔區 2(Spacer2)較小, 處在 trnS2—nad1 基因間, 大小 5~40 bp, 平均 17 bp. 相比于間隔區 2, 間隔區 1 更為保守. 早期研究[16,23,39]通過比對間隔區 1與 nad2基因核苷酸序列發現兩者相似性較高, 因此推斷間隔區 1 可能來自 nad2 基因. 間隔區 2 一般含有保守序列 ATACTAA[36]. (2) 基因重疊區. 2 個保守的重疊區, 即 atp8—atp6 之間 7 bp 的 ATGATAA 序列(Region1) 和 trnW— trnC 之 間 8 bp 的 AAGCCTTA 序 列 (Region2), 同時存在于絕大多數已知的鱗翅目線粒體基因組參考序列. Region1 位于蛋白編碼基因, 而 Region2 序列位于 tRNA 基因, 因此根據 Knibbe 等人[64]的研究，可以推測 Region1 可能比 Region2 更為保守. 對序列變異情況的統計結果(表 3)表明, Region2(7/58)比 Region1 (2/58)變異更大, 證實了上述推測. (3) 與基因間隔區相比, 基因重疊區更為保守[12]. 綜上, 從堿基個數來看, 不同區域的保守程度為: 間隔區一致的. (3) 日本野桑蠶和中國野桑蠶何時發生的分歧? Yukuhiro 等人[13]、潘敏慧等人[82]、孫偉等人[83] 發現兩者線粒體基因組序列差異較大, 并分別根據線粒體基因 nad5, cox1/cox2, cox1/A+T 富集區核苷酸替換速率, 計算得出兩者分歧時間分別為 7.1 Mya (million years ago), 0.95~1.66 Mya 和 23600 Ya(years ago). (4) 群體遺傳學研究. Li 等人[77]通過比較分析 41 個蠶類(家蠶和野桑蠶)線粒體基因組序列, 揭示了家蠶馴化過程中群體結構的變化, 認為家蠶和中國野桑蠶群體大小均未經歷擴張或收縮. 然而, 這一推斷與最近基于線粒體基因和核基因聯合分析得出的家蠶在約 1000 年前經歷群體擴張[83]這一推斷并不一致. 總之, 線粒體基因組序列在鱗翅目昆蟲物種起源和進化研究中發揮了重要作用; 對于一些有爭議的問題, 增加核基因序列數據可能獲得更全面的認識.
2.3 性別控制
沃爾巴克氏體(Wolbachia)是廣泛存在于昆蟲體內的一種內共生細菌, 能影響宿主的生殖行為, 進而控制宿主性別比例[72]. 已發現 Wolbachia 可影響 mtDNA 核苷酸序列(即降低或增加 mtDNA 多態性) [72], 調控線粒體蛋白編碼基因的表達[84], 并最終導致孤雌生殖和雄性致死等 [85]. 例如在幻紫斑蛺蝶 (Hypolimnas bolina) [86], Wolbachia 通過提升被感染雌性個體的相對適合度(relative fitness)而快速傳播, 進而快速提升雌蝶數量; 在小菜蛾(Plutella xylostella), 未感染 Wolbachia 種群雌雄比例為 1:1, 感 染 Wolbachia 種群雌雄比例為 2:1[87]. 關于 Wolbachia 影響 mtDNA 多態性的具體分子機制, 最近的實驗證據表明, 兩者之間不存在直接的相互作用關系: 在侵入宿主過程中, Wolbachia 與線粒體的共同傳遞使得 Wolbachia 能夠影響 mtDNA 多態性, 且這種影響是一種間接效應[88]. 但是, Wolbachia 通過哪些途徑發揮作用, 以及 Wolbachia 作用于哪些 mtDNA 位點均有待進一步的研究.
2.4 其他
(1) 線粒體 DNA 復制. 線粒體 DNA 的復制起始點(replication region, OR)位于 A+T 富集區, 且主鏈、次鏈各有一個獨立的 OR. Saito 等人[89]研究發現, 盡管全變態昆蟲(包括鱗翅目昆蟲)OR 具體位置不同, 但它們都有一個共同的特征, 即位于長約 10~20 bp 的 polyT 之后, 因此認為 polyT 可能參與了全變態昆蟲 mtDNA OR 的識別. 由于 Saito 等人[89]的實驗以果蠅為主, 鱗翅目昆蟲僅分析了家蠶, 因此其研究結論是否同樣適用于其他鱗翅目物種還有待檢驗. 本文以序列(T)10 搜索 56 種鱗翅目昆蟲 A+T 富集區, 發現除旋紋潛蛾外, 其余 55 個物種在靠近 rrnS 基因一端均存在 10 bp 及以上的 polyT, 因而基本支持“全變態昆蟲 mtDNA 的 OR 位于 polyT 下游” 這一結論.
(2) 堿基偏好的形成機制. 鱗翅目線粒體基因組堿基組成表現明顯的 AT 偏好, 其形成機制是什么? 一般認為可能與線粒體起源進化有關[90], 而線粒體由單源的內共生細菌進化而來[91], 提示可以從其他內共生細菌獲得間接證據. 例如, Buchnera aphidicola 是蚜蟲(aphids)體內的一種內共生細菌, 基因組富含 AT. Wernegreen 等人[92]通過分析發現, 在與宿主漫長的共生過程中, Buchnera 基因組高 AT 含量可能由于其高 AT 突變及長期遺傳漂變導致. 這些信息對于探討鱗翅目線粒體基因組的 AT 偏好具有借鑒意義.
3 結語與展望
鱗翅目作為昆蟲綱第二大目, 不但物種資源豐富, 而且對人類社會影響深遠. 相比鱗翅目龐大的物種數, 目前已完成線粒體全基因組測序的鱗翅目種類還比較少, 因此, 獲得更多鱗翅目物種的線粒體基因組序列顯得頗為迫切. 在利用各種測序方法[93]獲取線粒體基因組序列的基礎上, 研究者可進行后續的數據庫與網站建設、線粒體基因組注釋、線粒體比較基因組學、線粒體轉錄組學、線粒體蛋白質組學等研究. 在應用研究方面, 關于鱗翅目高級階元系統發育關系如“大鱗翅類不同總科之間的關系”、“鳳蝶總科不同科之間的關系”等研究還存在不少爭議, 線粒體基因組序列的測定有望為解決爭議問題提供新的途徑和手段. 最后, 基于線粒體基因組研究鱗翅目物種的起源與進化、Wolbachia, mtDNA 和鱗翅目宿主性別比例三者的具體關系等, 將有望為鱗翅目農林害蟲防治、經濟昆蟲種質資源的利用等提供新的思路和方法.——論文作者：王維①② , 孟智啟① , 石放雄② , 李風波①*
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