基于线粒体基因组的原尾纲系统发育研究

Protura is a group of basal Hexapoda with unique morphological characters. As an indispensable group in the study of origin and evolution of high rank of Arthropoda, the phylogenetic position of Protura is still in hotly debated. Many studies have proved that phylogenetic analysis based on mitochondrial genome data is powerful in resolving the phlogenetic and evolutionary problems of high ranks of animals. However, due to the difficulties in the species identification and treatment in experiment, the mitochondrial genome of Protura is scarcely studied,which impede the comprehensive analysis of phylogeny and evolution of Hexapoda. This study is dedicate to extensively sequence the mitochondrial genomes of represented species of Protura orders and families, annotate the genome sequences, and compare the gene order and secondary structures of rRNA and tRNA genes between different groups, in order to disscuss the evolutionary trends of mitochondrial genome in Protura, and reconstruct the molecular phylogenetic relationships of Protura in Arthropoda. As a result,the debated phylogenetic problems of Protura, that is, the phylogentic position of Protura, evolutionary trends among inner groups of Protura, and the phylogenetic positions of Sinentomidae and Fujientomidae in Protura will be investigated based on mitochondrial genome data.

原尾虫是一类形态独特的低等六足动物。作为探讨节肢动物高级阶元起源和进化问题中不可或缺的重要类群之一，原尾虫的系统发育地位一直备受争议。前人的研究表明，基于线粒体基因组数据的系统发育分析能够解决动物高级阶元之间的系统进化问题。然而，由于原尾虫在分类鉴定和实验方面存在的困难，其线粒体基因组的研究非常匮乏，这阻碍了我们对原尾纲与其它六足动物系统进化关系的综合分析。本研究将全面选取原尾纲各目、科的代表种类，对其线粒体基因组全序列进行测定，对序列进行注释，比较其基因的排列顺序和rRNA、tRNA基因的二级结构，由此探讨原尾纲线粒体基因组的进化趋势，并采用分子系统学方法对原尾纲在节肢动物中的系统发育地位进行重建，以求解决原尾纲系统发育研究中存在争议的几大问题：原尾纲的系统发育地位，其内部各类群的进化趋势，以及华蚖科和富蚖科的分类地位等。

原尾虫被认为是最为古老的六足动物（广义上的昆虫），其系统发生地位至今还未完全明确，其内部各支的系统关系也有待阐明。线粒体基因组是在系统发育研究中应用最为广泛的分子标记。通过对原尾纲线粒体基因组全序列进行测定和分析，有望为解决原尾纲的系统发生关系提供新的证据。.本研究组在国际上首次测定了一种红华蚖的线粒体基因组全序列，发现其基因排列顺序和序列组成特征与其它六足动物和甲壳动物均有很大差异，最为意外的是cox1和cox2基因之间无trnL2基因的插入，而这一特征被认为是支持泛甲壳动物的重要证据。另外，大部分红华蚖线粒体tRNA二级结构都有臂环缺失。系统发育分析提示原尾纲可能经历了长期的趋异进化历史。然而，隶属于华蚖科的红华蚖是原尾纲中较为特殊的类群，其形态特征与其他原尾虫存在显著不同，其线粒体基因组的这些特点是红华蚖特有的还是原尾虫线粒体基因组普遍具有的现象还有待考证。.本项目通过在全国范围内大量采集不同种类的原尾虫标本，对原尾虫线粒体基因组进行扩增和测序分析。目前已获得蚖科的微小蚖(Acerentomon microhinus)和囊腺蚖科的囊腺蚖(Acerella muscorum)的线粒体基因组全序列。利用通用引物，获得了30余种原尾虫COI，COII和Cytb基因序列片段。发现原尾纲线粒体基因组具有以下显著特征：1）“cox1-cox2"的基因排列模式为所有原尾虫所共有；2）碱基偏好性严重，AT碱基含量均超过70%；3）基因排列顺序与其它六足动物有很大差异，原尾纲内部各类群之间的基因排列顺序也不尽相同。用甲壳动物Daphnia作为外群，通过线粒体蛋白编码基因序列进行系统发生分析发现，原尾纲与弹尾纲聚为姐妹群，位于整个六足动物的基部，这与传统上的“缺尾类”假说相一致；而双尾纲与昆虫形成姐妹群，不支持内颚类假说。这一结果与最新基于转录组的系统发生基因组学的结果相近。