利用线粒体基因组裂化特征深入探讨云南吸虱昆虫物种多样性

Sucking lice are obligate hematophagous ectoparasites of eutherian mammals and potential vectors for pathogens that can cause severe infectious diseases in humans and animals. The human body lice, Pediculus humanus are the vectors of epidemic typhus, relapsing fever and trench fever. The pig lice, Haematopinus suis can spread disease such as swine fever and swine pox. The project is based on the fact that the biological resources of Yunnan are abundant, but the molecular biology research of parasite and vector insects is weak. The project aims to use features of fragmented mitochondrial genomes to gain an in-depth analysis of the biodiversity of sucking lice in Yunnan. This project will strengthen significantly the molecular biology research in Yunnan on parasite and vector insects. The typical mitochondrial genomes of animals have 37 genes on a single circular chromosome. However, research in recent years on 11 species of sucking lice，belong to 5 families and 5 genera in two major clades showed that these lice have fragmented mitochondrial genomes with 9 to 20 minichromosomes; furthermore, the pattern and extent of mitochondrial genome fragmentation vary clearly between closely-related species. Thus, features of fragmented mitochondrial genomes provide a novel and powerful source of molecular markers for in-depth analysis of the sucking louse biodiversity in Yunnan, which cannot be gained from traditional morphological studies. This project will also clarify the relationship between sucking louse evolution and mitochondrial genome fragmentation, and will generate new knowledge in animal mitochondrial genomics.

吸虱是真兽类哺乳动物体表的专性吸血寄生虫和潜在的病源传播媒介昆虫。人虱传播流行性斑疹伤寒，回归热和战壕热。猪虱传播猪瘟，猪痘等疾病。本项目结合云南生物资源丰富但寄生虫媒介昆虫分子生物学研究薄弱的实际，利用吸虱裂化线粒体基因组的特征深入研究云南吸虱物种多样性。本项目极大地加强了云南省寄生虫和媒介昆虫分子生物学研究。典型的动物线粒体基因组是含有37个基因的一条双链闭合环状的DNA分子,但近年对两大进化支5科5属11种吸虱的研究发现，它们的线粒体基因组都因裂化而由9~20线粒体微环染色体组成，且不同种间裂化速度和裂化程度有很大差异。因此，吸虱线粒体基因组裂化特征为深入分析云南吸虱物种多样性提供了一种不能从传统的形态学研究中获得的新的强有力的分子标记。研究结果将阐明吸虱线粒体基因组裂化特征与物种间的进化关系，弥补动物线粒体传统认识的不足和局限，实现知识的创新。

动物典型的单染色体线粒体基因组在吸虱中发生了裂化。这些吸虱的裂化线粒体基因组，其微环染色体的数量、以及每个微环染色体的基因结构和基因顺序彼此不同，甚至在同属中亲缘关系较近的物种间也存在差异，这与大多数动物极其保守的单染色体线粒体基因组形成鲜明对比。我们用高通量测序法测定了不同科、属、种吸虱的裂化线粒体基因组，并分析了裂化线粒体基因组的结构特征和变异情况来探讨吸虱亚目的物种多样性。该项目取得的重要结果和关键数据如下：（1）完成3科5属12种吸虱裂化线粒体基因组结构特征和变异情况的研究。（2）推断出多板虱属的祖先线粒体核型，并获得“tRNA基因朝控制区的频繁移位是吸虱线粒体基因组结构高度变化的主要原因”这一重要结论。（3）我们通过最大似然法和贝叶斯法用6科7属15种吸虱裂化线粒体基因组的PCGRNA矩阵序列推断吸虱的系统发育。得到的两颗进化树有相似的拓扑结构，且强力支持吸虱亚目的单系性。（4）我们用6科6属13种吸虱线粒体16SrRNA基因序列和线粒体基因组裂化程度分析吸虱亚目的系统发育。结果显示不同谱系的吸虱基本上形成单系群，与形态学研究结果非常吻合。吸虱亚目线粒体基因组的裂化程度或许与类群（分类单元）的进化程度具有一致性。（5）我们用6科7属17种吸虱的trnL1(tag)和trnL2(taa)基因构建进化树分析基因间的协同进化和独立进化。结果显示trnL1(tag)和trnL2(taa)基因等同序列较长的易发生协同进化，等同序列较短的易发生独立进化。该项目利用吸虱裂化线粒体基因组的特征深入研究云南吸虱物种多样性，阐明裂化线粒体基因组与物种间的进化关系。该项目推动了吸虱亚目物种多样性和系统发育研究，同时为一些虱传疾病的监测和防控提供指导。