非12種のマイトゲノム比較解析

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9200 (2023) この記事を引用

メトリクスの詳細

ユスリカ科は中国では 7 つの亜科に代表され、その中でユスリカ科と Orthocladiinae が最も多様です。ユスリカ科のマイトゲノムの構造と進化をより深く理解するために、ユスリカ亜科と Orthocladiinae の 2 つの亜科の 12 種（公開されている 2 種を含む）のマイトゲノムの配列を決定し、比較マイトゲノム解析を実施しました。したがって、我々は、ゲノム内容、ヌクレオチドとアミノ酸の組成、コドンの使用法、および遺伝子の特徴に関して、12 種の高度に保存されたゲノム構成を特定しました。ほとんどのタンパク質をコードする遺伝子の Ka/Ks 値は 1 よりはるかに小さく、これらの遺伝子が純化選択の下で進化していることを示しています。ユスリカ科間の系統関係は、ベイズ推論と最尤法を使用して、タンパク質をコードする遺伝子とrRNAに基づいて、6つの亜科を表す23種を使用して再構築されました。我々の結果は、ユスリカ科内で次のような関係があることを示唆しました: (Podonominae + Tanypodinae) + (Diamesinae + (Prodiamesinae + (Orthocladiinae + ユスリカ科)))。この研究はユスリカ科のマイトゲノムデータベースに貢献し、ユスリカ科のマイトゲノム進化を研究する上で重要です。

動物のミトコンドリアゲノムは一般に小さく (15 ～ 20 kb)、37 個の遺伝子、すなわち 13 個のタンパク質コード遺伝子 (PCG)、22 個のトランスファー RNA 遺伝子 (tRNA)、大小のリボソーム RNA ユニット遺伝子 (rrnL およびそれぞれrrnS）。通常、複製と転写の制御要素を含む単一の大きな非コード領域も存在し、ミトコンドリアゲノムにはさまざまなスペーサー領域と重複領域が存在します1、2、3、4。核ゲノムとは異なり、マイトゲノムは通常母性遺伝し、細胞あたり数百から数千のコピーで発生し 5、動物では組換えはほとんど見られません 6,7。さらに、動物のミトコンドリア遺伝子配置の比較は、再配置が個別の進化系統では独立して発生する可能性が低い独特で一般にまれな出来事であると考えられるため、長期的な進化関係を推測するための強力な手段となっています1。

ユスリカ (双翅目:ユスリカ科) は重要な水生昆虫であり、世界中のすべての生物地理的地域に広く分布しています。さらに、ユスリカの幼虫は、淡水生態系の生物指標として一般的に使用されています8。ユスリカ科の体系的進化の研究は、当初は形態学に基づいていました 9,10 が、現代の分子遺伝学は、主にミトコンドリア配列を含む遺伝マーカーを通じて分類学的多様性と系統発生をさらに解明しました 11,12,13,14,15,16。さらに、ユスリカ科は双翅目昆虫の大きなグループであり、6,300 種以上が知られていますが、これまでに完全なユスリカ科のミトゲノムが公開されているものはほんのわずかです 17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 。これまでの研究では、主に単一のミトコンドリアゲノムの説明、または属内またはサブファミリー間のミトゲノムの比較分析が提供されています。しかし、最も多様なサブファミリーである Orthocladiinae と Chironominae については、マイトゲノムや比較研究はほとんどありません。さらに、ユスリカ科内の系統関係に関しては、いくつかの論争が残っています。

この研究では、ユスリカ科のさまざまな亜科間の系統関係についての新しい洞察を提示します。さらに、Orthocladiinae亜科とユスリカ亜科を代表する12種のマイトゲノム構造、塩基組成、進化速度の比較解析を実施しました。以前に公開された Prodiamesinae 亜科、Podonominae 亜科、Tanypodinae および Diamesinae 亜科のミトゲノムを使用して、完全なミトゲノムから単離されたミトコンドリア遺伝子を使用してユスリカ科の系統発生を調査しました。さらに、我々は Orthocladiinae の単系統を評価し、Propsilocerus 属を Orthocladiinae から Prodiamesinae に移すことを提案します。

我々は、これまで未発表のユスリカ科のミトゲノム 10 個と、公表された完成した 2 個のミトゲノム (すなわち、ユスリカ 23 および Polypedilum nubifer 24) を含めました。さらに、以前に公開された 11 個のユスリカ科ミトコンドリアゲノム配列が NCBI Genbank から取得されました。合計 23 種のユスリカ科が内群として使用され、そのうち 12 種がユスリカ科、5 種がオルソクラディナエ、3 種がプロディアメシナエ、1 種がポドノミナエ、1 種がタニポディナエ、および 1 種がディアメシナエでした。すべての標本のコレクション情報とアクセッション番号は付録 S1 に示されています。サンプルは形態学的記述に基づいて識別され、85% エタノール中で保存および保管されました。アウトグループは、ユスリカ科がケラトポゴ科およびシムリ科と密接に関連していると考えられる、ユスリカ科で公開されている系統発生仮説に基づいて選択されました 27,28。この研究のために配列決定されたすべての標本は、中国湖北省の黄崗師範大学生物学農業資源学部に寄託されました。ゲノム DNA は、TIANamp Micro DNA Kit (TIANGEN Biotech、北京、中国) を使用して、メーカーの指示に従って 1 つの遠心分離管にプールされた 3 ～ 5 個の成人標本から抽出されました。

350 bp の挿入サイズを持つペアエンドシーケンシングライブラリーは、Illumina DNA ライブラリー構築の標準プロトコールに従って精製 DNA 抽出物から構築されました。配列決定は、商用サービスプロバイダー（Origingene、上海、中国）によって Illumina NovaSeq 6000 プラットフォーム（Illumina、サンディエゴ、カリフォルニア州、米国）を使用して実行されました。 2 つのライブラリの生の FASTQ ファイルの品質評価は、FastQC v0.11.8 (http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/) を使用して実行されました。 Trimmomatic v0.3029 を使用してアダプター配列を削除し、トリミング後もライブラリーごとに約 2 Gb のクリーンなデータが保持されました。元のシーケンスをフィルタリングして高品質のクリーンなシーケンスを取得し、それを spades v.3.11.130 と Getorganells31 を使用して組み立てました。

アセンブリ後、MITOS32 および ORF ファインダー (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/) を使用して、PCG およびリボソーム RNA (rRNA) 遺伝子のアノテーションを付けました。次に、NCBI Blastp および Blastn (e 値 < 0.001、同一性 > 90%) を適用して、以前に報告された関連種のマイトゲノムの PCG および rRNA 遺伝子を比較しました。 ARWEN1.233 (http://mbio-serv2.mbioekol.lu.se/ARWEN/) および tRNAscan-SE 2.034 を使用して、tRNA に注釈を付けました。

ミトゲノムマップは、CG View サーバー 1.035 を使用して作成されました。 MEGA X36 および Codonw 1.4.4 は、塩基組成、コドン使用頻度、および相対同義コドン使用頻度 (RSCU) の統計分析に使用されました。 MISA37、38 は、ゲノム全体の単純配列反復 (SSR) の検出に使用されました。 DnaSP 6.12.0339 は、非同義置換率 (Ka) および同義置換率 (Ks) の分析に使用されました。ヌクレオチド組成の偏りは、以前に報告されているように、AT-skew = (A-T)/(A+T) および GC-skew = (G-C)/(G+C) に従って計算されました 40。 AT-Skew および GC-Skew データは、R (パッケージ pheatmap) を使用して視覚化するために正規化されました。

系統解析は、いくつかのプラグインプログラムを備えた PhyloSuite41 のすべての PCG および rRNA 遺伝子を使用して、ベイズ推論および最尤法で実行されました。最初の手順では、同義の遺伝子名を標準化し、問題のあるアノテーションの特徴を特定し、続いて配列を抽出します。その後、Mafft v7.40742 を通常のアライメントモードで使用して、遺伝子のヌクレオチドおよびアミノ酸配列を個別にアライメントし、デフォルト設定の Gblocks v0.9143 を使用してトリミングして、曖昧にアライメントされた領域を削除しました。次に、13 個の PCG と 2 個の rRNA のアライメントを「シーケンスの連結」機能を使用してスーパーマトリックスに連結しました。さらに、この機能は連結中に各遺伝子のインデックスを記録し、PartitionFinder ソフトウェアで使用できるパーティションファイルを生成できます。次に、PartitionFinder244 は、AICc 基準に基づいて、連結されたシーケンスに最適な分割スキームとモデルを選択しました。パーティションモードを使用した最尤法 (ML) 解析は、IQ-TREE 1.6.845 を使用し、ブートストラップは Ultrafast46 を使用して実行され、ノードサポート値は 5000 回のブートストラップ反復で計算されました。ベイジアン推論 (BI) 分析は、MrBayes 3.2.647 とパーティションモデルを使用して実行されました。 200,000 世代のマルコフ連鎖モンテカルロ実行が実行され、ツリーは 1000 世代ごとにサンプリングされ、最初の 25% はバーンインとして廃棄されました。ハマダラカハマダラカ（NCBI アクセッション NC000875）、ワイオミアコンフューサ（MK575492）、Simulium variegatum（NC033348）、Simulium maculatum（NC040120）、Forcipomyia sp. (MK000395) および Culicoides arakawae (NC009809) をアウトグループとして使用しました。ツリートポロジは iTOL48 を使用して視覚化されました。

本研究における12のミトゲノムの遺伝子順序と配置の特徴（ユスリカ、ユスリカ、ユスリカ、ディクロテンディペス・ペロクロリス、ディクロテンディペス種、エインフェルディア種、グリプトテンディペス・トクナガイ、リムノフィエス種、ニロドルム・タイアナス、ポリペディラム・ヌビファー、スミティア・アテリマ）、Tanytarsus formosanus）は、以前に報告された他のユスリカ（例、20、22、25、26）のものと類似していた。ミトゲノムは環状で、13個のPCG、2個のrRNA遺伝子、および22個のtRNA遺伝子から構成されていた（図1）。の範囲は、Dicrotendipes sp. の 15,699 bp から Chironomus nipponensis の 16,184 bp でした (表 1)。サイズ変動のほとんどは制御領域の違いによるもので、一部のゲノムではコード領域内に追加の非コード領域が示されました。これらの遺伝子のうち、4 つはPCG (ND1、ND4、ND4L、および ND5)、8 つの tRNA (trnQ、trnC、trnY、trnF、trnH、trnP、trnL、および trnV)、および 2 つの rRNA (12S rRNA および 16S rRNA) が少数鎖によってコードされました ( N 鎖)、他の 23 個の遺伝子は多数鎖 (J 鎖) に位置していました (付録 S2)。 ATP8-ATP6 および ND4L-ND4 は、ユスリカ科 12 種すべてにおいて 7 つのヌクレオチド (それぞれ、ATGATAA および ATGTTAA) で重複していました。

ユスリカ科 12 種のミトゲノムマップ。

ここで調べたすべてのマイトゲノムは、昆虫のマイトゲノムで通常観察されるような塩基組成の偏りを示しました 49。 AT 含有量とスキュー統計を表 1 に示します。これは、顕著な A + T バイアス (75.55% ～ 79.45%) を示しています。対照領域は、95.39% (Chironomus nipponensis) から 99.14% (Einfeldia sp.) の範囲で最も高い A + T 含量を示しましたが、PCG の最初と 2 番目のコドン位置は 66.77 ～ 99.14% (Einfeldia sp.) の範囲で最も低い A + T 含量を示しました。 71.01%。完全なマイトゲノムに関して、AT スキュー値は正で、0.010 (Einfeldia sp.) から 0.057 (Polypedilum nubifer) まで変化しましたが、GC スキュー値はすべての種で負で、-0.257 (Polypedilum nubifer) から - まで変化しました。 0.147 (Limnophyes sp.) (図 2)。

(A) 12 個のユスリカのマイトゲノムのさまざまなデータセットの AT スキュー値。 AT スキューに基づくユスリカ種の階層的クラスタリング (y 軸)。 (B) 12 のユスリカマイトゲノムのさまざまなデータセットの GC スキュー値。 GC スキューに基づくユスリカ種の階層的クラスタリング (y 軸)。凡例は、AT-Skew 値と GC-Skew 値の正規化されたスコアを示しました。

MISA37 を使用した分析では、12 個のマイトゲノムのそれぞれに 5 ～ 19 個の不均等な SSR が存在することが示され (図 3)、SSR は主に単一ヌクレオチドの反復によって占められていました。各種のジヌクレオチド反復数は一般に 1 または 2 でした (Dicrotendipes sp.、Einfeldia sp. を除く)。三塩基反復は Nilodorum tainanus と Smittia aterrima でのみ発生しました。単一ヌクレオチドは A/T について反復し、ジヌクレオチドは AT/TA タイプのみを反復しました。トリヌクレオチド反復は ATT 反復のみを示し、CG/GC タイプは検出されませんでした。すべての SSR には、A または T 塩基が高い比率で含まれていました。

12 種のミトコンドリアゲノムにおける単純配列反復 (SSR)。

マイトゲノムは 13 個の古典的な PCG で構成され、そのうち 7 個は NADH デヒドロゲナーゼサブユニット遺伝子 (nad)、3 個はシトクロム c オキシダーゼサブユニット遺伝子 (cox)、2 個は ATP シンターゼサブユニット遺伝子 (atp)、1 個はシトクロム b 遺伝子 (cytb) でした。。 PCG の全長は 11,106 ～ 11,220 bp の範囲であり、この領域の A + T 含有量は 72.55 ～ 76.54% の範囲でした。 3 番目のコドン位置の A + T 含有率 (82.32 ～ 91.98%) は、1 番目のコドン (67.58 ～ 71.01%) および 2 番目のコドン (66.77 ～ 68.33%) に比べて高かった (表 1)。

6種類の開始コドン（ATG、ATC、GTG、ATT、ATA、TTG）が観察されました（図4）。種の間では、同じ PCG の開始コドンが異なりました。 atp8 遺伝子は、異なる種では ATA、ATT、GTG、または ATC で始まりました。 coxI 遺伝子は TTG、ATA、ATT、または ATG で始まります。 nad1 遺伝子は TTG、ATA、ATT、または GTG で始まります。 nad2 遺伝子は ATA、ATT、または ATG で始まります。 nad3 遺伝子は ATT または ATC で始まります。 nad5 遺伝子は ATT または GTG で始まります。 nad6 遺伝子は ATA、ATT、または ATC で始まります。 atp6、coxII、coxIII、cytb、nad4、および nad4L 遺伝子は ATG で始まります。ミトコンドリアゲノムに代替開始コドンが存在すると、遺伝子発現、翻訳効率、翻訳精度に影響を与える可能性があります。例えば、coxI 遺伝子では、従来の ATN 開始コドンではなく、TTG 開始コドンバリアントが同定されました。この変動により翻訳効率が低下し、タンパク質発現が不完全になる可能性があります。

12 種の PCG の開始コドン (A) と終止コドン (B) の比較。

さらに、終止コドンには TAA と TAG の 2 種類がありました。 nad4 遺伝子は TAA または TAG で終了し、他の遺伝子は TAA で終了しました (付録 S2)。各 PCG の長さは種間で一致しており（図 S1）、その中で nad5 遺伝子が最も長く（1600 ～ 1800 bp）、次に coxI 遺伝子（1500 ～ 1600 bp）であり、ATP8 遺伝子が最も短かった（ < 200 bp)。

タンパク質をコードする 13 個の遺伝子のコドンの総数は、終止コドンを除いて 3702 ～ 3740 の範囲でした (表 1)。 Ile、Leu2、Phe、および Ser2 をコードするコドン (それぞれ 492 ～ 543、390 ～ 469、368 ～ 435、および 213 ～ 228) は、他のアミノ酸をコードするコドンと比較して豊富でした。 Trp、Cys、Met をコードするコドンは少なかった (それぞれ 5 ～ 15、29 ～ 40、および 19 ～ 40) (図 5)。 12 のマイトゲノムは同じコドンファミリーを共有し、RSCU と同様の特徴を持っていました。各アミノ酸について、最も一般的な使用コドンは NNA と NNU でした (図 6)。これは、PCG の 3 番目のコドンの A + T 含量が高いことと一致していました。

12のマイトゲノムにおけるコドン使用のパターン。コドンファミリーは X 軸に示され、総コドンは Y 軸に示されます。

12 種のミトコンドリアゲノムの相対同義コドン使用法 (RSCU)。コドンファミリーとRSCU値がY軸に表示されます。 RSCU に基づくユスリカ種の階層的クラスタリング (x 軸) が X 軸に示されています。

Ka/Ks (ω) の比を使用して、ミトコンドリア PCG の進化速度を調査しました (図 7)。結果は、12 個の PCG (nad5 を除く) の ω 値がすべて 1.0 未満であることを示し、ほとんどの PCG における有害な突然変異に対する強力な修復機構を示しています。ただし、Ka/Ks 比は個々の遺伝子間で大きく異なり、この領域にはさまざまな機能的制約が含まれることが示唆されました。 nad5 の Ka/Ks 値は最も高く、精製選択圧が最も低いことを意味します。 coxI は最も低い Ka/Ks 値を示し、最も強い精製選択圧を示しました。

各 PCG の進化率 (Ka/Ks)。 PCG の名前が X 軸に表示され、Ka/Ks 値が Y 軸に表示されます。

22 の典型的な tRNA がユスリカ科 12 種で見つかりました。 22 の tRNA の塩基対の数は 64 ～ 74 bp (trnK) の範囲でした (付録 S2)。 tRNA 遺伝子の AT 含量は A + T に偏っており、79.21% (Limnophyes sp.) から 81.11% (Polypedilum nubifer) の範囲でした。すべての tRNA は正の AT スキューと正の GC スキューを示しました (表 1、図 2)。

リボソームサブユニットをコードする2つの遺伝子は、それぞれtrnVと制御領域の間、およびtrnL1とtrnVの間に位置していた。 rrnL 遺伝子の長さは 1299 ～ 1430 bp の範囲であり、rrnS 遺伝子の長さは 785 ～ 837 bp の範囲でした (付録 S2)。 12S rRNA 遺伝子と 16S rRNA 遺伝子は両方とも N 鎖上にありました。 12S rRNA 遺伝子の A + T 含量は 82.29% (Smittia aterrima) ～ 84.32% (Polypedilum nubifer) の範囲であり、16S rRNA 遺伝子の A + T 含量は 83.76% (Smittia aterrima) ～ 85.67% (Polypedilum nubifer) の範囲でした。 12S rRNA 遺伝子は、Dicrotendipes sp.、Limnophyes sp.、Polypedilum nubifer、および Tanytarsus formosanus では負の AT スキューを示し、他の種では正の AT スキューを示しました。 16S rRNA 遺伝子は、Einfeldia sp.、Nilodorum tainanus、および Tanytarsus formosanus では正の AT スキューを示し、他の種では負の AT スキューを示しました。 12S rRNA 遺伝子は、12 個すべてのマイトゲノムで正の GC スキューを示しました。 16S rRNA 遺伝子は、Tanytarsus formosanus では負の GC スキューを示し、他のマイトゲノムでは正の GC スキューを示しました (表 1、図 2)。

対照領域には A 塩基と T 塩基が豊富に含まれています。これには、ミトコンドリア DNA の転写と複製の開始要素と調節要素が含まれており、ミトコンドリアゲノムで最大の非コード領域です4。ユスリカ科は、ミトコンドリア DNA に複雑な制御領域を有する非常に多様な水生昆虫のグループです。これらの制御領域は、保存された配列ブロック、プロモーター領域、ステムループ構造、ポリアデニル化部位、およびその他の必須の制御成分を含むさまざまな制御要素で構成されます。この制御要素の複雑な配置は、ユスリカ科やその他の生物のミトコンドリアの生理機能を維持するために必要な、転写や複製などのミトコンドリア機能の効率的な制御についての新たな洞察を提供します。本研究では、制御領域の長さは種間で著しく異なり、69 bp (ユスリカ) から 682 bp (ディクロテンディペスペロクロリス) の範囲であり、rrnS と trnI の間に位置しました。そのサイズは複製効率に影響を与える可能性があり、場合によっては、制御領域が小さいほど、複製機構が DNA を巻き戻して複製を開始するのに必要な時間が短縮され、複製効率が向上する可能性があります。対照領域の分析では、A、T、G、および C の割合がそれぞれ 36.76 ～ 48.80%、47.79 ～ 60.29%、0.48 ～ 2.63%、および 0 ～ 2.67% であることが示されました。対照領域では、Nilodorum tainanus、Polypedilum nubifer、Tanytarsus formosanus で正の AT スキューが示され、他の種では負の AT スキューが示されました。対照領域は、Dicrotendipes sp.、Glyptotendipes tokunagai、Limnophyes sp.、Nilodorum tainanus、Smittia aterrima、および Tanytarsus formosanus で負の GC スキューを示し、他の種では正の GC スキューを示しました (表 1、図 2)。

マイトゲノムには、アミノ酸配列、RNA の二次構造、遺伝子の配列順序など、系統発生解析および進化解析に適した複数の種類の有効な情報が含まれています50、51、52。本研究では、ML 法および BI 法を用いた PCG および rRNA のデータセットに基づく系統解析により、トポロジーの観点からユスリカ科内の 6 つのサブファミリーの類似した系統関係が示されました。系統樹 (図 8) は、Orthocladiinae と Prodiamesinae とは別に、異なる亜科を示し、単系統であることが確認されました。この結果は、Orthocladiinae の単系統 Propsilocerus が Prodiamesinae の Monodiamesa + Prodiamesa の姉妹分類群であることを強く裏付けており、これは以前の結果 13,20 と一致しています。クランストンらによると、 13、Propsilocerus はおそらく Orthocladiinae ではなく Prodiamesinae に属します。しかし、Lin et al.20 は、Prodiamesinae を Orthocladiinae のサブグループとみなしました。我々のマイトゲノム系統発生に基づいて、Orthocladiinae を単系統にするために、Propsilocerus を Prodiamesinae のサブグループとして移すことが適切であろう。さらに、我々は以前の研究53,54に基づいて、PropsilocerusとProdiamesinaeの種の間の形態的特徴を比較し、多くの共形を同定した：中型から大型の種、色は一般的に茶色から黒色、腹部は通常、より薄い斑点に剛毛がある。十字骨は通常は存在しませんが、長く存在し、皮膜の突起近くから始まる場合は存在します。 R4+5 は M3+4 の端の遠位で終わります。後脛骨の外側の拍車は内側の拍車の長さの 1/2 よりも長い。下巻は典型的には著しく長くて幅が広く、基部近くの内縁から生じ、ほぼ淋柱のレベルまで後方に延びる。 Cranstonらによって提案されているように、マイトゲノム分析と形態学的証拠を組み合わせると、PropsilocerusはOrthocladiinaeからProdiamesinaeに移されるはずである13。

PCG + rRNA のデータセットに基づくユスリカ科および関連種の系統解析。分岐上の数値はブートストラップ値 (> 70%) を表し、分岐の下の数値は事後確率 (> 90%) を表します。ハマダラカハマダラス NC000875、Wyeomyia confusa MK575492、Simulium variegatum NC033348、Simulium maculatum NC040120、Forcipomyia sp. MK000395 および Culicoides arakawae NC009809 をアウトグループとして使用しました。

ユスリカの基部では、亜科 Podonominae および Tanypodinae が祖先分類群であり、残りの分類群の姉妹群としてサポートされました (BS = 100、PP = 1)。 Diamesinae (BS = 100、PP = 1) は、Prodiamesinae + (Orthocladiinae + Chironominae) の姉妹クレードでした。 Prodiamesinae (BS = 100、PP = 1) は、Orthocladiinae + Chironominae の姉妹グループでした。本研究では、ユスリカ科内の 6 つの亜科の系統関係を調査するために使用されたマイトゲノムデータは、一般に、伝統的な形態学に基づく体系化と一貫した傾向を示しました。したがって、ユスリカ科の亜科レベルでの系統発生の再構築には、マイトゲノムデータが重要であることが確認されました。

12 個のマイトゲノムの PCG では、他のユスリカ科の公開されたマイトゲノムと同様に、コドン 3 位の A + T 含量が 1 位および 2 位の A + T 含量よりも著しく高かった。ミトゲノム全体について、AT スキュー値はすべての種でプラスでしたが、GC スキュー値はマイナスでした。これは、ほとんどの昆虫のミトコンドリアゲノムが T よりも A を多く含み、G 含有量が昆虫のミトコンドリアゲノムよりも低かったことと一致しています。 C. SSR は主にモノ、ジ、トリヌクレオチドの反復で構成され、A または T 塩基の割合が高くなりました。この研究におけるコドン使用の観点から、同義コドン使用の相対頻度は、A/Uで終わるコドンがG/Cで終わるコドンよりも頻度が高いことを示し、これは昆虫ミトコンドリアゲノムの高いAT特性と一致していた。

現在の研究のミトコンドリア進化速度分析では、すべての遺伝子 (nad5 を除く) の Ka/Ks 比は < 1 であり、主に PCG の精製選択を示しています。 nad5 は 13 の PCG の中で最大でしたが、進化の速度が速いためと考えられ、ユスリカ科の系統発生ではほとんど使用されません。 coxI 遺伝子は 2 番目に長く、Ka/Ks 値は最も低かった。したがって、これはすべての遺伝子の中で最も強力かつ最も保存された有効な系統発生および進化シグナルを提供し、種を識別し、種間の差異を決定するための重要なバーコードマーカーとして頻繁に使用されます。一般に、異なる Ka/Ks 値は、遺伝子が異なる程度の精製選択を受けたことを反映しています。

系統発生の結果によると、ユスリカ科の基本的な枝には、Podonominae 亜科と Tanypodinae 亜科が含まれていました。 Propsilocerus が Prodiamesinae 亜科に移されると、6 つの亜科すべてが単系統になります。したがって、6 つのサブファミリーの系統関係は、(Podonominae + Tanypodinae) + (Diamesinae + (Prodiamesinae + (Orthocladiinae + Chironominae))) となります。ユスリカ科のミトコンドリアゲノムに関するさらなるデータを取得することは、ユスリカ科の系統関係に関する研究に重要なサポートを提供するでしょう。

データの入手可能性に関して、以下の情報が提供されました: 新しく配列決定された 10 個のミトコンドリアゲノムは、NCBI SRA で入手可能です (BioProject ID: PRJNA899133、PRJNA899132、PRJNA899129、PRJNA899131、PRJNA899130、PRJNA899128、PRJNA898980、PRJNA898895、PRJNA89) 8097、PRJNA752912)、アセンブルされたシーケンスは次のとおりです。 GenBank (ON838252、ON838253、ON838254、ON838255、ON838256、ON838257、ON943041、MZ747094、MZ747093、MZ747091) で入手できます。

Boore, JL 動物のミトコンドリアゲノム。核酸研究所 27(8)、1767 ～ 1780 年。 https://doi.org/10.1093/nar/27.8.1767 (1999)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Shadel, GS & Clayton, DA 脊椎動物におけるミトコンドリア DNA の維持。アンヌ。Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｒｅｖ． 66(1)、409–435。 https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.66.1.409 (1997)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ウォルステンホルム、DR 動物のミトコンドリア DNA: 構造と進化。内部。Ｒｅｖ．Ｃｙｔｏｌ． 141、173–216。 https://doi.org/10.1016/s0074-7696(08)62066-5 (1992)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhang, DX & Hewitt, GM 昆虫のミトコンドリア制御領域: その構造、進化、進化研究における有用性の概説。生化学。システム。エコル。 25、99–120。 https://doi.org/10.1016/s0305-1978(96)00042-7 (1997)。

記事 Google Scholar

佐藤 M. & 佐藤 K. 父性ミトコンドリア DNA を排除する多様なメカニズムによるミトコンドリア DNA の母性遺伝。ビオチム。生物物理学。 Acta 1833(8)、1979 ～ 1984 年。 https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2013.03.010 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ベルリン、S.、スミス、N.、エレグレン、H. 鳥類のミトコンドリアは再結合します。Ｊ．Ｍｏｌ．進化。 58(2)、163–167。 https://doi.org/10.1007/s00239-003-2537-z (2004)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Hagström, E.、Freyer, C.、Battersby, BJ、Stewart, JB & Larsson, NG マウスの母性生殖系列において 50 世代にわたるヘテロプラスミーの後でも mtDNA の組換えはありません。核酸研究所 42(2)、1111–1116。 https://doi.org/10.1093/nar/gkt969 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

アーミテージ、PD、クランストン、PS、ピンダー、LCV ユスリカ科: 非咬傷ユスリカの生物学と生態 (チャップマンとホール、1995)。

Google Scholar を予約する

Sæther, OA ユスリカ科および他の線虫類の女性生殖器: 形態、系統発生、鍵。ブル。フィッシャー。解像度ボード缶。 197、1–209 (1977)。

Google スカラー

Sæther、OA ユスリカ亜科 (双翅目) の系統発生。システム。昆虫。 25、393–403 (2000)。

記事 Google Scholar

Allegrucci, G.、Carchini, G.、Todisco, V.、Convey, P. & Sbordoni, V. 南極ユスリカ科の分子系統発生と生物地理史へのその意味。ポーラーバイオル。 29(4)、320–326。 https://doi.org/10.1007/s00300-005-0056-7 (2006)。

記事 Google Scholar

クランストン、PS、ハーディ、NB、モース、GE、パルスドニク、L. & マクルーエン、SR 分子と形態が一致するとき: 「ゴンドワナン」ユスリカ (双翅目: ユスリカ科)。システム。昆虫。 35(4)、636–648。 https://doi.org/10.1111/j.1365-3113.2010.00531.x (2010)。

記事 Google Scholar

クランストン、PS、ハーディ、NB、モース、ジョージアユスリカ科 (双翅目) の分子系統発生の日付。システム。昆虫。 37(1)、172–188。 https://doi.org/10.1111/j.1365-3113.2011.00603.x (2012)。

記事 Google Scholar

Ekrem, T.、Willassen, E. & Stur, E. 双翅目の系統発生に対する 5 つの遺伝子の系統発生学的有用性: ユスリカ科のテストケースが一般的な同義語につながります。モル。系統樹。進化。 57(2)、561–571。 https://doi.org/10.1016/j.ympev.2010.06.006 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Krosch , MN , Baker , AM , Mather , PB & Cranston , PS ゴンドワナの Orthocladiinae (双翅目:ユスリカ科) の系統学および生物地理学。モル。系統樹。進化。 59(2)、458–468。 https://doi.org/10.1016/j.ympev.2011.03.003 (2011)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Martin, J.、Blinov, A.、Alieva, E. & 平林 K. ユスリカ (双翅目: ユスリカ科) に近縁な属の分子系統学的研究。水生双翅目の系統学と生態学への貢献 – A Tribute to Ole A (Andersen, T.編) 193–203 (The Caddis Press、2007)。

Google スカラー

Deviatiiarov, R.、Kikawada, T. & Gusev, O. 無水生物ユスリカ Polypedilum vanderplanki (ユスリカ科、双翅目) の完全なミトコンドリアゲノム。ミトコンドリア DNA パート A 28(2)、218–220。 https://doi.org/10.3109/19401736.2015.1115849 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

ファング、ＸＬら。 Limnophyes minimus (双翅目:ユスリカ科) の完全なミトコンドリアゲノム。ミトコンドリア DNA パート B 7(1)、280–282。 https://doi.org/10.1080/23802359.2022.2029604 (2022)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Kim, S.、Kim, H. & Shin, SC 南極ユスリカ Parochlus steinenii (双翅目:ユスリカ科) の完全なミトコンドリアゲノム。ミトコンドリア DNA パート A 27(5)、3475–3476。 https://doi.org/10.3109/19401736.2015.1066355 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

リン、ＸＬら。ミトゲノムは、前駆虫亜科 (双翅目:ユスリカ科) の進化の歴史に新たな洞察をもたらします。ズール。 Scr. 51、119–132。 https://doi.org/10.1111/zsc.12516 (2022)。

記事 Google Scholar

Qi 、 Y. 、 Duan 、 X. 、 Jiao 、 KL および Lin 、 XL 中国貴州省産の Axarus fungorum (Albu、1980) (双翅目、ユスリカ科) の最初の完全なミトゲノム。ミトコンドリア DNA パート B 7(10)、1807 ～ 1809 年。 https://doi.org/10.1080/23802359.2022.2131369 (2022)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Park, K.、Jo, H.、Choi, B. & Kwak, IS 次世代配列データから組み立てられた Stictochhironomus akizukii (Tokunaga) (ユスリカ科、双翅目) の完全なミトコンドリアゲノム。ミトコンドリア DNA パート B 5(3)、2310–2311。 https://doi.org/10.1080/23802359.2020.1750320 (2020)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Shen、M.、Li、YF、Yao、YP、Fu、Y. 中国からの新記録であるユスリカ (双翅目:ユスリカ科) の完全なミトコンドリアゲノム。ミトコンドリア DNA パート B 7(6)、1163–1164。 https://doi.org/10.1080/23802359.2022.2087564 (2022)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Xiao、YL、Xu、ZG、Wang、JX、Fang、XL、Fu、Y。ユーリトピックユスリカ、Polypedilum nubifer (双翅目: ユスリカ科) (双翅目: ユスリカ科) の完全なミトコンドリアゲノム。ミトコンドリア DNA パート B 7(11)、1936 ～ 1938 年。 https://doi.org/10.1080/23802359.2022.2122746 (2022)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhang、Q.ら。 Propsilocerus akamusi (双翅目、ユスリカ科) の完全なミトコンドリアゲノム。ミトコンドリア DNA パート B 4(2)、3983–3984。 https://doi.org/10.1080/23802359.2019.1688703 (2019)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

鄭、CG 他。 Diamesinae、Orthocladiinae、Prodiamesinae、Tanypodinae (双翅目:ユスリカ科) の最初の完全なミトゲノムと系統発生学におけるそれらの関係。 PeerJ 9、e11294。 https://doi.org/10.7717/peerj.11294 (2021)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Kutty, SN、Wong, WH、Meusemann, K.、Meier, R. & Cranston, PS クリコモルファ (双翅目) の系統解析により、8 つの構成家族間の関係が解明されました。システム。昆虫。 43、434–446。 https://doi.org/10.1111/syen.12285 (2018)。

記事 Google Scholar

Sæther、OA クリコモルファ (双翅目) の系統。システム。昆虫。 25、223–234。 https://doi.org/10.1046/j.1365-3113.2000.00101.x (2000)。

記事 Google Scholar

Bolger, AM、Lohse, M. & Usadel, B. Trimmomatic: Illumina シーケンスデータ用の柔軟なトリマー。バイオインフォマティクス 30(15)、2114–2120。 https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu170 (2014)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Bankevich、A. et al. SPAdes: 新しいゲノムアセンブリアルゴリズムとその単一細胞配列決定への応用。Ｊ．Ｃｏｍｐｕｔ．バイオル。 19(5)、455–477。 https://doi.org/10.1089/cmb.2012.0021 (2012)。

論文 MathSciNet CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ジン、JJ 他 GetOrganelle: 細胞小器官ゲノムの正確な de novo アセンブリのための高速かつ多用途のツールキットです。ゲノムバイオル。 21、241。https://doi.org/10.1186/s13059-020-02154-5 (2020)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

バーント、M.ら。 MITOS: de novo 後生動物ミトコンドリアゲノムアノテーションを改善しました。モル。系統樹。進化。 69、313–319。 https://doi.org/10.1016/j.ympev.2012.08.023 (2013)。

論文 PubMed Google Scholar

Laslett, D. & Canbäck, B. ARWEN: 後生動物のミトコンドリアのヌクレオチド配列内の tRNA 遺伝子を検出するプログラム。バイオインフォマティクス 24、172–175。 https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btm573 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Lowe, TM & Chan, PP オンラインの Trnascan-se: トランスファー RNA 遺伝子の分析のための検索とコンテキストの統合。核酸研究所 W1、W54～W57。 https://doi.org/10.1093/nar/gkw413 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Grant, JR & Stothard, P. CGView Server: 環状ゲノムの比較ゲノミクスツール。核酸研究所 36、181–184。 https://doi.org/10.1093/nar/gkn179 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

Kumar, S.、Stecher, G.、Li, M.、Knyaz, C.、Taむら, K. MEGA X: コンピューティングプラットフォームにわたる分子進化遺伝学分析。モル。バイオル。進化。 35(6)、1547 ～ 1549 年。 https://doi.org/10.1093/molbev/msy096 (2018)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Beier, S.、Thiel, T.、Münch, T.、Scholz, U. & Mascher, M. MISA-web: 超小型衛星予測用の Web サーバー。バイオインフォマティクス 33(16)、2583–2585。 https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btx198 (2017)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Thiel, T.、Michalek, W.、Varshney, RK & Graner, A. オオムギ (Hordeum vulgare L.) の遺伝子由来 SSR マーカーの開発と特性評価のための EST データベースの活用。理論。応用ジュネット。 106、411–422。 https://doi.org/10.1007/s00122-002-1031-0 (2003)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

ロザス、J. et al. DnaSP 6: 大規模なデータセットの DNA 配列多型分析。モル。バイオル。進化。 34(12)、3299–3302。 https://doi.org/10.1093/molbev/msx248 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Perna, NT & Kocher, TD 動物のミトコンドリアゲノムの 4 つの縮重部位におけるヌクレオチド組成のパターン。Ｊ．Ｍｏｌ．進化。 41、353–358。 https://doi.org/10.1007/bf00186547 (1995)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhang、D.ら。 PhyloSuite: 合理化された分子配列データ管理と進化系統研究のための統合されたスケーラブルなデスクトッププラットフォームです。モル。エコル。リソース。 20(1)、348–355。 https://doi.org/10.1111/1755-0998.13096 (2020)。

論文 PubMed Google Scholar

Katah, K. & Standley, DM MAFFT 複数配列アラインメントソフトウェアバージョン 7: パフォーマンスと使いやすさが向上しました。モル。バイオル。進化。 30(4)、772–780。 https://doi.org/10.1093/molbev/mst010 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Castresana, J. Gblockks: 系統解析バージョン 091b で使用するための複数のアライメントからの保存ブロックの選択。モル。バイオル。進化。 17(4)、540–552。 https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026334 (2000)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Lanfear, R.、Frandsen, PB、Wright, AM、Senfeld, T. & Calcott, B. PartitionFinder 2: 分子および形態学的系統解析のための進化の分割モデルを選択するための新しい方法。モル。バイオル。進化。 34(3)、772–773。 https://doi.org/10.1093/molbev/msw260 (2017)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Nguyen, LT、Schmidt, HA、von Haeseler, A. & Minh, BQ IQ-TREE: 最尤系統を推定するための高速かつ効果的な確率論的アルゴリズム。モル。バイオル。進化。 32(1)、268–274。 https://doi.org/10.1093/molbev/msu300 (2015)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Minh, BQ、Nguyen, MA & von Haeseler, A. 系統発生的ブートストラップの超高速近似。モル。バイオル。進化。 30(5)、1188–1195。 https://doi.org/10.1093/molbev/mst024 (2013)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ロンクイスト、F.ら。 MrBayes 3.2: 大規模なモデル空間にわたる効率的なベイジアン系統推論とモデル選択。システム。バイオル。 61(3)、539–542。 https://doi.org/10.1093/sysbio/sys029 (2012)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Letunic, I. & Bork, P. インタラクティブツリーオブライフ (iTOL) v4: 最近の更新と新しい開発。核酸研究所 47(W1)、W256～W259。 https://doi.org/10.1093/nar/gkz239 (2019)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

魏、SJら。昆虫のミトコンドリアゲノムにおける鎖の非対称性に関する新しい見解。 PLoS ONE 5、e12708。 https://doi.org/10.1371/journal.pone.0012708 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Cameron, SL、Beckenbach, AT、Dowton, M. & Whiting, M. 昆虫における順序間の関係に関するミトコンドリアゲノミクスからの証拠。節足動物。システム。系統学 64(1)、27–34 (2006)。

Google スカラー

キャノーネ、JJ 他比較 RNA ウェブ (CRW) サイト: リボソーム、イントロン、およびその他の RNA の比較配列および構造情報のオンラインデータベース。 BMCバイオインフォーム。 3(1)、31 (2002)。

Google スカラー

Zardoya, R. & Meyer, A. 脊椎動物間の関係を解明する際のミトコンドリアタンパク質をコードする遺伝子の系統発生学的パフォーマンス。モル。バイオル。進化。 13(7)、933–942。 https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a025661 (1996)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Cranston, PS、Dillon, ME、Pinder, CV & Reiss, F. 南極地域のユスリカ科 (双翅目: ユスリカ科) の成体雄 - 鍵と診断。南極域のユスリカ科の鍵と診断。パート 3. 成人男性。 Enomologica Scandinavica Supplement、vol. 34 (Wiederholm, T 編) 353–532 (Springer、1989)。

Sæther, OA & Wang, XH 正統派の Propsilocerus Kieffer 属 (双翅目: ユスリカ科) の改訂版。昆虫。スキャン。 27(4)、441–479。 https://doi.org/10.1163/187631296x00151 (1996)。

記事 Google Scholar

Day、JC、Gweon、HS & Post、RJ ブユ Simulium variegatum (双翅目 simuliidae) の完全なミトコンドリアゲノムの配列と構成。ミトコンドリア DNA パート B 1(1)、799–801。 https://doi.org/10.1080/23802359.2016.1209091 (2016)。

記事 PubMed PubMed Central Google Scholar

Jiang , X. 、Han , X. 、Liu , Q. & Hou , X. Forcipomyia makanensis (昆虫綱: 双翅目: Ceratopogonidae) のミトコンドリアゲノム。ミトコンドリア DNA パート B 4、344–345。 https://doi.org/10.1080/23802359.2018.1544048 (2019)。

記事 Google Scholar

マツモトヨス、ヤナセテツ、ツダテツ、野田博。ヌカカユスリカの種特異的ミトコンドリア遺伝子再構成とベクター種の同定。医学。獣医。昆虫。 23、47–55。 https://doi.org/10.1111/j.1365-2915.2008.00789.x (2009)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Wang, G. & Huang, M. Simulium (Byssodon) maculatum (双翅目: Simuliidae) の完全なミトコンドリアゲノムの特徴付けとその系統発生学的意味。内部。Ｊ．Ｂｉｏｌ．マクロモル。 121、152–160。 https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.09.205 (2019)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

この研究は、中国国家自然科学財団（NSFC）（助成金番号 32070483）、湖北省自然科学財団（助成金番号 2020CFB757）、博士課程科学研究開始財団の支援を受けました。黄崗師範大学（助成金番号2020010）、湖北省大学生向けイノベーション・起業家育成プログラム（助成金番号S202010514053）、中国国家科学技術基礎資源調査プログラム（助成金番号2019年度101800）、黄崗師範大学チームプロジェクト (助成金番号 4022019006)。

湖北省経済森林遺伝資源改善および資源総合利用重点研究室、大別山脈の特徴的資源開発のための湖北協働イノベーションセンター、湖北中科工業技術研究所、生物学農業資源学部、黄崗師範大学、黄崗市、438000、中華人民共和国湖北省

Xiangliang Fang、Bin Mao、Yunli Xiao、Mi Shen、Yue Fu

南開大学生命科学部、天津、300071、中国

王新華

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

概念化、X.-LF および YF。ソフトウェア、X.-LF、BM; 形式分析、BM、MS。データキュレーション、X.-LF、YF、Y.-LX、BM。執筆—原案準備、X.-LF; 執筆—レビューと編集、X.-HW、YF。視覚化、BM、YF。プロジェクト管理、YF。資金調達、YF すべての著者は原稿の出版版を読み、同意しました。

岳福への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープンアクセスこの記事はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブコモンズライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Fang, X.、Wang, X.、Mao, B. 他。 12 匹の非刺咬ハエの比較マイトゲノム分析により、ユスリカ科 (双翅目: Culicomorpha) の系統発生についての洞察が得られます。 Sci Rep 13、9200 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-36227-9

引用をダウンロード

受信日: 2023 年 3 月 3 日

受理日: 2023 年 5 月 31 日

公開日: 2023 年 6 月 6 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36227-9

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。

ブログ