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四种山雀线粒体基因组的测定及雀形目鸟类系统发生研究

崔爱明  
【摘要】:为了进一步研究雀形目鸟类线粒体基因组结构和序列特征以及系统发生关系,本研究基于长距PCR扩增并测定和注释了雀形目山雀科黄颊山雀(Parus spilonotus)、褐冠山雀(Parus dichrous)、褐头山雀(Parus songarus)以及北褐头山雀(Parus montanus baicalensis)4个种的全线粒体基因组。联合NCBI数据库中已公布的雀形目鸟类38条序列及本实验室测定的13条(山雀科11条,长尾山雀科2条)全线粒体基因组序列,以雁形目四个种为外群,利用不同的分析方法,对雀形目鸟类的系统发生和演化关系进行了重建。同时,利用Beast软件对雀形目主要类群的分歧时间进行了估算。主要结果如下: (1)黄颊山雀(Parus spilonotus)、褐冠山雀(Parus dichrous)、褐头山雀(Parus songarus)以及北褐头山雀(Parus montanus baicalensis)四个种的线粒体基因组(mtDNA)大小分别为16768bp、16800bp、16783bp和16783bp;与典型的脊椎动物线粒体基因组一样,均包括13个蛋白编码基因,22个转运RNA基因(tRNAs)以及2个核糖体RNA基因(12S rRNA与16S rRNA)在内的37个基因和1个非编码的控制区。 (2)4个种mtDNA的37个基因中,蛋白质基因ND6和8个tRNA基因(trnaA、 trnaS、trnaC、trnaE、trnaN、trnaQ、trnaY、trnaP)由轻链(L链)编码,其余28个基因由重链(H链)编码,且基因排列顺序与已知的雀形目鸟类相同,没有基因的插入、缺失或者倒位现象。 (3)在4个种的mtDNA中,蛋白质基因(PCGs)、rRNAs、tRNAs及控制区等各组分AT与GC的含量基本相近,无明显的碱基偏向性。基因组中Leu、Thr、 Ala、lle和Ser这五种氨基酸的频率最高,占到了所有氨基酸的50%左右。 (4)4个种的tRNAs中,除tRNASer(AGN)基因的DHU臂缺失外,其余tRNA均可形成典型的三叶草结构。4个种的tRNAArg、tRNAVal和tRNAlle极为保守,二级结构中没有出现碱基错配,其余均有错配,且大部分为G-U之间的错配。 (5)对4个种mtDNA中2个核糖体RNA基因(12S rRNA和16S rRNA)的二级结构分别进行了预测。每个种的12S rRNA均包括4个结构域,47~48个茎环结构;16S rRNA均包括6个结构域,55~60个茎环结构。 (6)通过克隆直接测序后得知,黄颊山雀线粒体基因组控制区存在长度异质性。 (7)利用mtDNA数据集、蛋白质(PCGs)数据集以及12S rRNA基因,以最大似然法和贝叶斯法对雀形目鸟类的系统发生和分子进化关系进行了构建。所得结果均支持雀形目鸟类两亚目(鸣禽亚目和亚鸣禽亚目)的划分方式;支持将鸣禽亚目下划分为雀小目和鸦小目。山雀科的单系性得到支持,但莺总科的单系性被拒绝。长尾山雀与燕科的关系比较近,建议将其单独作为一科存在。另外,琴鸟科在雀形目的位置仍需要进一步分析验证。其他主要类群的系统发生关系极为稳定。 (8)雀形目作为单系群在平均分歧年代23.01Ma(95%HPD13.94~23.63Ma)出现,随后在17.72Ma(95%HPD9.61~17.74Ma)也就是中新世布尔迪加尔时期分化为两大支系,即现在的亚鸣禽亚目和鸣禽亚目。山雀科出现的时间比较晚,在平均分歧时间5.72Ma(95%HPD3.58~5.85Ma)之间。此后一段时间,也就是从上新世开始到第四纪的更新世晚期开始了集中的快速分化,这有可能和当时的地质形成事件有关。


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