中国科学家在比较鳞翅目昆虫线粒体基因组学获新进展

目前，浙江省植物有害生物防控重点实验室联合南京农业大学动物科技学院，比较了其中已知的58条鳞翅目昆虫的线粒体基因组序列的基本特征，成功构建鳞翅目昆虫系统发育树, 发现其与传统分类具有较好的一致性。

中国科学家在比较鳞翅目昆虫线粒体基因组学获新进展

鳞翅目属于节肢动物门(Arthropoda)昆虫纲(Insecta), 包括蝶(butterfly)、蛾(moth) 2类, 为全变态昆虫, 1 个世代经历卵、幼虫、蛹、成虫等4阶段. 鳞翅目昆虫种类繁多, 世界各地分布约30万种(约95%以上为蛾类), 其中已描述的种类有157424 种。

不论是作为农林业主要害虫, 抑或作为传粉媒介和经济昆虫, 鳞翅目昆虫对人类社会都产生了深远影响。深入了解鳞翅目昆虫的起源、进化和系统发育关系, 对鳞翅目虫害防治、经济昆虫种质资源的利用具有重要意义。

动物线粒体基因组(mitochondrial genome)一般为双链、闭环的DNA分子, 具有突变率高、进化速度快、很少发生重组、易于pcr扩增等特点, 已成为一种重要的分子标记, 并广泛用于包括鳞翅目昆虫在内的许多物种的遗传进化、分类鉴定和系统发育等研究。

根据对NCBI数据库的统计, 截止到2012年11月, 完成线粒体基因组测序的鳞翅目物种已达63种, 品种数达112个(仅次于双翅目的372个), 获得参考序列58 条(为昆虫纲最高)。

研究人员通过比较分析现有的58条参考序列, 总结归纳鳞翅目线粒体基因组碱基组成、基因排列、tRNA 和rRNA基因、蛋白编码基因、基因重叠区、基因间隔区的特点, 不但有助于了解鳞翅目线粒体基因组的基本特征, 而且可以为高级分类阶元(科、目等)线粒体基因组的比较分析提供参考。这为鳞翅目昆虫的进化研究奠定了基础, 并提示线粒体比较基因组学在后基因组时代对于构建昆虫系统发育关系有着巨大潜力。

随着国际生命条形码计划的启动, 线粒体基因cox1(cytochrome coxidase subunit 1)作为公认的动物界标准DNA条形码基因, 已用于几乎所有动物的分类鉴定等研究。

与cox1基因相比, 目前线粒体基因组序列则主要在探讨动物(包括鳞翅目昆虫)的系统发育关系、起源、进化等问题中发挥着重要作用。

这篇文章对线粒体基因组序列在鳞翅目昆虫分子系统学、性别控制以及物种起源与进化等领域的研究进展和应用潜力作一总结与展望。

鳞翅目作为昆虫纲第二大目, 不但物种资源丰富, 而且对人类社会影响深远. 相比鳞翅目庞大的物种数, 目前已完成线粒体全基因组测序的鳞翅目种类还比较少, 因此, 获得更多鳞翅目物种的线粒体基因组序列显得颇为迫切。

在利用各种测序方法获取线粒体基因组序列的基础上, 研究者可进行后续的数据库与网站建设、线粒体基因组注释、线粒体比较基因组学、线粒体转录组学、线粒体蛋白质组学等研究。

在应用研究方面, 关于鳞翅目高级阶元系统发育关系如“大鳞翅类不同总科之间的关系”、“凤蝶总科不同科之间的关系”等研究还存在不少争议, 线粒体基因组序列的测定有望为解决争议问题提供新的途径和手段. 最后, 基于线粒体基因组研究鳞翅目物种的起源与进化、Wolbachia, mtDNA 和鳞翅目宿主性别比例三者的具体关系等, 将有望为鳞翅目农林害虫防治、经济昆虫种质资源的利用等提供新的思路和方法。