锯谷盗线粒体基因组及扁甲总科系统发育分析_林兴雨.pdf

第 57 卷第 1 期河 南 农 业 大 学 学 报Vol 57No 12023 年2 月Journal of Henan Agricultural UniversityFeb2023收稿日期:20220719基金项目:国家自然科学基金项目(U1904104);国家现代农业体系研究项目(CAS 27);调控棉铃虫信息素生物合成的研究项目(224200510018);西藏入侵害虫风险评估与重要资源昆虫保护利用研究项目(XZ202001YD0002C)作者简介:林兴雨(1999)，男，河南安阳人，硕士研究生，研究方向为基于基因组的昆虫系统发生研究。通信作者:宋南(1980)，男，河南平顶山人，副教授，博士;尹新明(1967)，女，河南遂平人，教授，博士生导师。引用:林兴雨，翟卿，宋南，等 锯谷盗线粒体基因组及扁甲总科系统发育分析 J 河南农业大学学报，2023，57(1):109117 DOI:10 16445/j cnki 10002340 20220920 001锯谷盗线粒体基因组及扁甲总科系统发育分析林兴雨，翟卿，宋南，尹新明(河南农业大学植物保护学院，河南 郑州 450002)摘要:【目的】探究锯谷盗 Oryzaephilus surinamensis 的线粒体基因组结构特征及扁甲总科的系统发育关系。【方法】利用下一代测序方法获得了锯谷盗线粒体基因组的全序列，并基于扁甲总科 65 个物种(内群)和 2 个象甲总科物种(外群)的 13 个蛋白质编码基因、通过最大似然法和邻接法构建扁甲总科的系统发育树。【结果】锯谷盗的线粒体基因组包含 37 个基因(13 个蛋白质编码基因、22 个 tNA 基因和 2 个 rNA 基因)和一段控制区。整个线粒体基因组全长为 15 711 bp(GenBank 登录号:OM215199)。锯谷盗线粒体基因组的 3 个蛋白质编码基因(cox1，nad2 和 nad1)的起始密码子是 ATC 或 GTG，其余 10 个蛋白质编码基因都是以 ATT 或 ATG 开头;cox1，cox2，nad2，cox3 和 nad3 以不完整的终止密码子 T 结尾，其余蛋白质编码基因以完整的终止密码子 TAA 或 TAG结尾。除 trnS1 因缺少 DHU 臂而形成一个简单的环，无法形成稳定的三叶草结构外，其余 tNA 基因均能形成典型的三叶草结构。此外，trnS1 的反密码子不是常见的 GCU，而是 UCU。rrnL 基因的全长为 1 281 bp，A+T 含量为 76 58%。rrnS 基因的全长为 757 bp，A+T 含量为 75 90%。【结论】2 种不同的系统发育分析方法构建的扁甲总科的系统发育关系是基本一致的，均表明扁甲科为单系群;锯谷盗科，大蕈甲科和露尾甲科均为非单系群;锯谷盗 O surinamensis 与单齿谷盗 Silvanus unidentatus 构成姐妹群。关键词:鞘翅目;锯谷盗科;锯谷盗;线粒体基因组;系统发育中图分类号:S433文献标志码:A文章编号:10002340(2023)01010909The mitochondrial genome of Oryzaephilus surinamensisand a phylogenetic analysis of CucujoideaLIN Xingyu，ZHAI Qing，SONG Nan，YIN Xinming(Plant Protection College of Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China)Abstract:【Objective】To explore the characteristics of the mitochondrial genome of Oryzaephilus suri-namensis and to investigate the phylogenetic relationship of Cucujoidea【Methods】In this study，wenewly sequenced the complete mitochondrial genome of O surinamensis by using next-generation se-quencing method，and constructed the phylogenetic trees using Maximum Likelihood and Neighbor-Join-ing inference methods，based on 13 protein-coding genes of 65 Cucujoidea species(ingroup)and 2Curculionoidea species(outgroup)【esults】The mitochondrial genome of O surinamensis is a circu-lar molecule of 15 711 bp in length(Genbank accession no OM215199)which possesses 37 genes(13protein-coding genes，22 transfer NA genes，and 2 ribosomal NA genes)and a putative control re-gion Most of protein-coding genes start with the codons of ATT or ATG except for the cox1，cox2，nad2，cox3 and nad3 genes，which use ATC or GTG as start codons，respectively Most of protein-coding genes110河南农业大学学报第 57 卷terminate with the stop codons of TAA or TAG，while the cox1，cox2，nad2，cox3 and nad3 genes employthe incomplete T as the stop codons All tNA genes can be folded into typical cloverleaf structure，withthe except of the trnS1 The trnS1 only forms a simple ring due to the lack of DHU arm In addition，theanticodon of trnS1 is not the common GCU，but the UCU The lengths of the rrnL and rrnS genes were1 281 bp and 757 bp，with the A+T contents of 76 58%and 75 90%，respectively【Conclusion】Bothphylogenetic inference methods showed the largely identical tree topological structures:the family Cucuji-dae is a monophyletic group，while the Silvanidae，Erotylidae and Nitidulidae are each non-monophyletic;The newly sequenced O surinamensis is sister to Silvanus unidentatusKey words:Coleoptera;Silvanidae;Oryzaephilus surinamensis;mitochondrial genome;phylogeny昆虫的线粒体基因组通常是由 37 个保守的基因构成的一条环状、闭合、双链的 DNA，其中包括13 个蛋白质编码基因(protein coding genes)、2 个核糖体 NA(rrnL 和 rrnS)、22 个转运 NA(t-NAs)以及一个非编码控制区(non-coding controlregion)。昆虫的线粒体基因组包含独立的遗传物质，参与细胞信息传递，与细胞内的能量供应相关，并且具有结构简单和相对保守的基因组组织结构等特点。作为一种分子标记，昆虫线粒体基因组已经被广泛应用于昆虫系统学研究14。锯谷盗 Oryzaephilus surinamensis 属于鞘翅目Coleoptera 扁甲总科 Cucujoidea 锯谷盗科 Silvani-dae。目前，扁甲总科包含 31 个科，超过 19 000 个现存的已知种56。扁甲总科昆虫通常因其单调的体色和棒状触角等较明显的特征而与其他甲虫所区分6。锯谷盗科是扁甲总科中数量较少的一个类群，全世界记录有 58 属 500 余种7。锯谷盗的卵为长椭圆形，约 1 1 mm，幼虫有 3 个龄期，为圆筒形，腹部末节具有 1 对尾突，成虫体色羽化初期为乳白色逐渐变为深褐色，念珠状触角，共 11节8。该昆虫因常在粮堆内大量发生，是粮食储藏期危害比较严重的一种昆虫，广泛分布在世界各地的储粮物中910。有相关研究报道世界上每年有四分之一到三分之一的粮食在储藏期间被昆虫危害而受到严重的经济损失，当食用这些被污染的食物 时 会 诱 发 一 些 肠 道 疾 病 或 过 敏 性 疾 病等1112。由于其作为粮食储藏期的一种害虫，会造成重大经济损失而被分类学家所关注5。尽管锯谷盗科通常被认为是一个单系群，但是锯谷盗科在整个扁甲总科中的系统发育地位仍然是不确定的。有些昆虫分类学家认为锯谷盗科与扁甲科 Cucujidae 构成姐妹群关系1314。但是，另一些系统发育研究发现帕扁甲科 Passandridae 是锯谷盗科的姐妹群15。甚至有研究表明锯谷盗科为所有扁甲总科的姐妹群16。截至 2022 年，在NCBI 的 GenBank 中仅有 5 条完整的锯谷盗科昆虫的线粒体基因组序列被公布。很少的线粒体基因组序列不利于人们从基因组角度研究锯谷盗科昆虫的系统发育关系。本研究利用下一代测序技术获得了锯谷盗O surinamensis 的线粒体基因组全序列，对其基因组结构特征进行了详细分析。结合已经公布的扁甲总科其他类群的线粒体基因组序列(扁甲总科的 65 个种作为内群，象甲总科的 2 个种作为外群)，基于 13 个蛋白质编码基因序列，本研究利用最大似然法(maximum likelihood)和邻接法(neigh-bor joining)重建了扁甲总科的系统发育关系，以期为探究锯谷盗的系统发育地位以及扁甲总科内主要类群之间的关系提供分子数据。1材料与方法1 1标本采集和 DNA 提取锯谷盗标本于 2020 年 7 月采集于河南郑州(3478N，11366E)。将采集到的试虫全部泡在95%的乙醇中并置于20 冰箱保存直到用于DNA 提取。实验室内使用天根公司的动物基因组DNA 提取试剂盒(TIANamp Genomic DNA Kit，中国)提取锯谷盗成虫样本的总 DNA。经 NanoDrop2000 分光光度计和 1 5%的琼脂糖凝胶电泳进行总 DNA 的质量和浓度检测。1 2下一代测序及线粒体基因组的组装将质量合格且浓度大于 10 g 的 DNA 送往上海派森诺生物科技有限公司进行下一代测序，利用全基因组鸟枪法(whole genome shotgun，WGS)构建文库，并基于 Illumina HiSeq 2500 测序平台进行双端(paired-end，PE)测序。最后，将下机的原始数据去除接头和质控。利用 Geneious v 11 1 1517 软件以锯谷盗的 cox1 基因作为参考，进行线粒体基因组组装。1 3线粒体基因组、注释和分