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两爪鳖和山瑞鳖线粒体全基因组分析及其在龟鳖目中的系统学地位

李小三  
【摘要】:龟鳖类是地球上古老且形态最为特化的一支爬行动物,全世界现存龟鳖类约有450余种。随着人类对自然环境的负面作用、药用的过度开发以及宠物贸易的影响,龟鳖资源正日趋减少,有些种类已处于濒危,甚至有些种类尚未来得及被科学家鉴定,就已经绝灭。因而研究龟鳖类动物有十分重要的理论和实践意义。 脊椎动物线粒体基因组是共价闭合的双链DNA,大小约15~23 kb。由于线粒体具有结构简单、呈母系遗传、很少受到序列重排的影响等特点,已成为研究动物进化和系统发生的重要分子标记。至今(2010年5月),GenBank正式公布出的龟鳖类动物线粒体基因组全序列只有34种。显然,此对基于线粒体全基因组数据研究龟鳖目动物的系统发生是有限的。 本研究采用PCR、LA-PCR及测序技术获得了两爪鳖(Carettochelys insculpta)和山瑞鳖(Palea steindachneri)线粒体基因组全序列,并分析了各基因组特点。两爪鳖和山瑞鳖线粒体基因组全长分别为16 439 bp和17 243 bp,均包括22个tRNA、2个rRNA和13个蛋白编码基因及一个非编码控制区(Control region,CR)。它们的基因组结构、基因排列顺序和碱基组成均与典型的脊椎动物相似。山瑞鳖NADH3基因的第214位点存在额外核苷酸插入,但在两爪鳖中则没有发现。两爪鳖和山瑞鳖的控制区序列长度分别为972 bp和1 736 bp,均发现有终止相关序列(TAS)、保守序列框(CSB-F和CSB1-3)等几个保守序列区;在两爪鳖CR区的3’末端,发现有CA和AT两种基序(motif)的串联重复序列,重复次数分别为9次和16次;在山瑞鳖CR区的5’末端,存在一个长为50 bp (ATTTT ACTTT TTTTT CTCT CCCGC GCCCA AGAGATATAAAACCCCTGTAT)的长片段串联重复序列(重复5次),在其3’末端发现有TATAT基序串联重复序列,重复43次。 本文结合从GenBank上检索到的另外15种龟鳖动物线粒体全基因组序列,以两种鳄做外群,基于线粒体13个蛋白编码基因的合并序列数据,采用邻接法(Neighbor joining,NJ),最大简约法(maximum parsinomy method,MP),最大似然法(maximum likelihood method,ML)和贝叶斯(Bayesian inference,BI)重建了龟鳖类动物的系统发生树,以期探讨两爪鳖和山瑞鳖在龟鳖目动物中的系统进化地位。在NJ树和MP树中,龟鳖目被分为三大支:侧颈龟科(Pelomedusidae),两爪鳖科(Carettochelyidae)和一支由其它15种龟鳖类聚成的进化支,此结果支持将两爪鳖科提升到亚目的水平。然而ML树和BI树则支持两爪鳖科和鳖科构成姐妹群,再同其它曲颈龟物种共同聚为一支,支持将现今龟鳖类分为两大支:曲颈龟亚目(Cryptodira)和侧颈亚目(Pleurodira)。此争议还有待于采用更多的分子数据进行深入研究。在鳖科中,4种树拓扑结构完全一致(仅在置信值大小上略有差异),均显示山瑞鳖与中华鳖(Pelodiscus sinensis)首先聚在一起,构成姐妹群。然后,依次与马来鳖(Dogania subplana)、非洲鳖(Trionyx triunguis)、印度箱鳖(Lissemys punctata)聚集。因此我们认为山瑞鳖与中华鳖亲缘关系最近。


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