人才强校 | 彩万志教授课题组在昆虫线粒体基因组裂化的进化研究中取得新

本网讯 近日，著名进化生物学期刊《Systematic Biology》（IF5year: 14.501）正式发表了我校植物保护学院昆虫学系彩万志教授课题组题为“Mitochondrial Genome Fragmentation Unites the Parasitic Lice of Eutherian Mammals”的研究论文（Syst. Biol. 68(3):430–440, 2019），昆虫学系宋凡博士和李虎副教授为论文共同第一作者，阳光海岸大学Renfu Shao研究员为通讯作者，彩万志教授参与指导和设计了该项研究。湖南农业大学刘国华教授、澳大利亚昆士兰大学Peter James博士、加拿大农业和农业食品部Douglas D. Colwell博士等研究人员合作参与了该项工作。

线粒体是一种普遍存在于真核细胞内的半自主性细胞器，为细胞的活动提供能量，还参与细胞分化、细胞信息传递和细胞凋亡等过程，拥有自身的遗传物质—线粒体基因组。其起源与进化一直是近年来生物学研究的热点问题之一。大多数昆虫的线粒体基因组为单个的环状双链DNA，但是在虱目的象虱、吸血虱等少量类群中存在线粒体基因组裂化为多个小环染色体的现象（mitochondrial genome fragmentation），该类昆虫也成为研究线粒体基因组裂化的进化机制问题的理想类群。

虱目昆虫是鸟类和哺乳动物体表的专性寄生虫，以宿主的血液、毛发、皮屑等为食，是重要的媒介昆虫。根据口器和取食习性的不同，分为羽虱（包括钝角亚目Amblycera、丝角亚目Ischnocera、象虱亚目Rhynchophthirina）和吸血虱（吸虱亚目Anoplura）。其中丝角亚目的种类最丰富，约占该目物种多样性的60%，包括寄生哺乳动物的兽羽虱科Trichodectidae和寄生鸟类的长角羽虱科Philopteridae。研究组利用高通量测序方法完成了8种寄生虱线粒体基因组的测定，并首次在兽羽虱科昆虫中发现了线粒体基因组的裂化现象，完成测序的4种兽羽虱线粒体基因组均裂化为12-13个小环染色体。该研究系统分析了已知的寄生虱线粒体基因组的裂化特征和宿主信息，发现线粒体基因组的裂化与宿主种类存在一定的相关性，寄生于真兽类哺乳动物的种类均发生了线粒体基因组的裂化，而鸟类寄生虱的线粒体基因组仍保留了祖先的单环特征，这些结果表明寄生于真兽类哺乳动物的兽羽虱科、象虱亚目以及吸虱亚目可能起源于共同的祖先，而线粒体基因组裂化是该进化分支的重要共有衍征。基于线粒体基因组的DNA序列重建的虱目系统进化树，进一步肯定了这一结果。该研究整合了线粒体基因组结构特征、DNA序列以及宿主等多方面的证据，进一步证实了长期存在争议的丝角亚目的单系性问题，同时发现了线粒体基因组的裂化可能与寄生虱进化过程中的宿主选择有关，为进一步研究线粒体基因组的裂化机制提供了新的思路。

该研究得到了彩万志教授主持的国家自然科学基金重点国际合作项目（31420103902）的支持。