瘿螨总科进化线粒体基因组学及分子系统发育研究

The Eriophyoidea traditionally belong to the superorder Acariformes in the Acari. Four controversial taxonomic system of Eriophyoidea were present, due to morphological plesiomorphies and apomorphies were erected lacking phylogenetic evidence and were not considered the effect of homoplasy. Mitochondrial genomes were widely used at high level phylogeny of arthropods. Recently, we have sequenced complete mt genomes of eriophyoid mites, representing new gene arrangement patterns and distinct tRNA secondary structures. Gene arrangement and atypical tRNAs were thought conserved within lineages and can provide more phylogenetic evidence. We will sequence the mt genome of eriophyoid mites and construct phylogenetic trees based on the mt nucleotide sequence. Combining morphological characters, gene arrangement patterns and atypical tRNAs secondary structures, together with phylogenetic trees to reconstruct the high level taxonomic system of the Eriophyoidea. The significance of the project is providing robust phylogenetic evidence in the Eriophyoidea taxonomic system.

瘿螨总科隶属于蜱螨亚纲、真螨总目。瘿螨总科存在四套有争议的分类系统，归因于形态学上祖征和衍征的确立主观因素较强，未考虑同形进化等因素对系统发育的影响，四套分类系统都缺乏足够的系统发育证据。线粒体基因组被广泛证实能够解决高级阶元的系统发育关系，我们近期研究发现，瘿螨总科线粒体基因组呈现出节肢动物少有的基因高度重排和高比例的非典型tRNA二级结构，这些特征被认为在高级分类阶元上具有保守性，可提供更多可靠的祖征。本研究将对瘿螨总科中涵盖所有科、亚科和族的代表性种类（60-80种）进行线粒体基因组扩增，利用线粒体基因组分子序列构建系统发育树，分析各个高级阶元之间的系统发育关系，进一步讨论形态祖征和衍征，结合各个类群的基因排序和非典型tRNA二级结构特征，在高级分类单元上重新构建/修订瘿螨总科分类系统。整个研究结果将为瘿螨总科分类系统的修订提供有力的分子系统发育证据。

瘿螨为农林业上一类重要害螨，属世界分布。瘿螨总科现行的分类系统完全基于形态特征而建立，形态祖征和衍征的构建缺少足够的系统发育证据，且会受到同型进化的干扰。以往研究发现螨类线粒体基因组广泛存在基因重排现象，重排的基因被认为具有系统发育信号，可作为分子衍征，基于线粒体基因组重建的系统发育树，能够有效地反映物种间真实的亲缘关系。. 本研究共测定了代表性的64种瘿螨的全线粒体基因组，涵盖了现行分类系统的3个科和9个亚科；瘿螨的全线粒体基因组为环形，包括了典型的37个基因，64种瘿螨呈现出39种重排的线粒体基因组型，大量的tRNA二级结构出现D-臂和T-臂的缺失；根据比较线粒体基因组分析，我们推测了瘿螨总科基于线粒体基因排序的分子衍征trnA-trnR-trnS1-trnI-trnE-trnF和nad6-trnT-cob，并证实了瘿螨总科的单系性，但否定了瘿螨科和羽爪瘿螨科的单系性以及部分属的单系性；我们推测了瘿螨总科高级阶元的分子衍征（基因簇）：trnL1-trnQ-trnL2-trnW-trnY、trnL2-trnL1-trnL2-trnW-trnY、trnL2-trnL1-trnY-trnQ、trnL1-trnY-trnQ-trnV-trnL2、trnL1-trnY-trnQ-trnW-trnL2；在瘿螨总科高级阶元归属上明确了与现行分类系统的不一致，不属于绒螨目，推测可以单独成立一个目；利用瘿螨和蜱类的化石作为矫正点，时间轴上的系统发育分析发现瘿螨约在泥盆纪（约384Mya）与其他螨类分开，其起源可追溯到二叠纪，为瘿螨和植物的协同进化理论提供了时间上的支持；中气门目螨类和甲螨亚目螨类线粒体基因组分析同样发现共享的线粒体排列模式具有可用的系统发育信号，可用于阐明高级阶元的系统发育关系。. 本研究明确了瘿螨总科各个类群全线粒体基因组的构成，揭示新的基因排列模式，探索了线粒体基因重排理论在系统发育研究上的适用性，为将来更好的构建瘿螨总科分类系统提供了理论支持，也为螨类进化线粒体基因组学研究提供了重要的数据。