关键词：
寄生虱
线粒体基因组
进化
DNA重组
系统发育关系
摘要：
寄生虱,俗称虱子,隶属于节肢动物门(Arthropoda),昆虫纲(Insecta),是人类和动物体表的专性寄生虫。虱子种类繁多(约5000种),大多数具有严格的宿主特异性,呈世界性分布。随着对外贸易的不断发展提升,一些国外分布的寄生虱现在也已经入侵我国。寄生虱不仅叮咬吸血,而且能够传播许多疾病的病原体,严重影响人类和动物的健康。线粒体基因组具有序列保守、呈母系遗传、极少或没有重组以及进化速度快等优点,已被广泛地应用于物种鉴定、系统发育和生物进化等领域。近年来,虽然有部分寄生虱线粒体基因组的研究,但许多关键类群的相关研究仍属空白。因此,本研究以动物常见的寄生虱为研究对象,围绕寄生虱线粒体基因组开展工作,获得了大量的线粒体基因组数据。在此基础上,结合已经公布的寄生虱线粒体基因组,利用比较基因组学和生物信息学方法对寄生虱的进化生物学进行了深入的研究,其主要研究结果如下:
1.基于全证据(形态学特征、分子标记和宿主信息)完成了动物21种寄生虱的种类鉴定,其中新命名了一个新种“小熊猫毛虱(Pancola ailurus ***.)”,该种所在的属“小熊猫毛虱属(Pancola)”也为首次提出。此外,寄生虱线粒体基因序列分析表明cox1、rrn S和rrn L基因序列具有种内相对保守,种间差异较大,可作为分子鉴定的遗传标记。
2.基于高通量测序平台解析了动物21种寄生虱线粒体基因组,发现寄生虱线粒体基因组结构存在显著的变异。本研究共有17种(80.95%;17/21)寄生虱的线粒体基因组发生了裂化,结合之前公布的所有寄生虱线粒体基因组分析发现共有58种寄生虱(65.24%;58/85)的线粒体基因组发生了裂化,表明小环结构(n=2-20)为寄生虱线粒体基因组的主要结构。相比哺乳动物的寄生虱,鸟类的羽虱线粒体基因组裂化差异程度更加显著。
3.阐明了寄生虱线粒体DNA重组类型(包括裂化环合并与分离、基因转运、基因重排、不同基因的一致序列、基因复制与假基因),发现颚虱属中存在2个重组热点区域。首次建立了高等灵长类动物吸虱和颚虱的线粒体基因组祖先核型,发现高等灵长类动物虱子的裂化呈双向过程。
4.基于85种寄生虱线粒体基因组数据的寄生虱系统发育关系比较分析表明:1)虱目为单系;2)犬啮毛虱科提升至犬啮毛虱亚目,且虱目的系统发育关系为钝角亚目+(丝角亚目+((犬啮毛虱亚目+象虱亚目)+吸虱亚目));3)丝角亚目为单系,但长角羽虱科和寡节鸟虱科为多系;4)头虱和体虱为同种的不同基因型;5)线粒体基因组不适用于吸虱的系统发育研究。
5.通过对63种寄生虱线粒体基因组的进化速率进行比较和分析证实了不善于爬行组(吸虱)线粒体基因所受到的选择压力大于善于爬行组(啮虱)。同样证实了线粒体未裂化组的寄生虱所受到的选择压力大于线粒体裂化组的寄生虱。这些结果表明物种能量需求对线粒体基因组的进化有很重要的影响,不同功能的蛋白编码基因会产生适应性进化。
本研究解析了动物21种寄生虱线粒体基因组,其中有20种为首次报道。本研究结果不仅丰富了寄生虱线粒体基因组数据,而且为虱病和虱传病提供了丰富的遗传标记,亦为阐明寄生虱线粒体基因组裂化机制提供了重要的理论支撑。此外,本研究开展了虱目昆虫线粒体基因组进化速率分析,为探讨寄生虱群体演化过程提供了线索,同时也为寄生虱的适应性进化研究奠定了基础。
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