Сравнительный митогеномный анализ двенадцати не

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9200 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Семейство Chironomidae представлено в Китае семью подсемействами, среди которых наиболее разнообразны Chironominae и Orthocladiinae. Чтобы лучше понять архитектуру и эволюцию митогеномов Chironomidae, мы секвенировали митогеномы двенадцати видов (включая два опубликованных вида) двух подсемейств Chironominae и Orthocladiinae и провели сравнительный митогеномный анализ. Таким образом, мы выявили высококонсервативную организацию генома двенадцати видов в отношении содержания генома, состава нуклеотидов и аминокислот, использования кодонов и характеристик генов. Значения Ka/Ks большинства генов, кодирующих белки, были намного меньше 1, что указывает на то, что эти гены развивались в условиях очищающего отбора. Филогенетические отношения между семейством Chironomidae были реконструированы с использованием 23 видов, представляющих шесть подсемейств, на основе генов, кодирующих белки, и рРНК с использованием байесовского вывода и максимального правдоподобия. Наши результаты позволили предположить следующее родство внутри Chironomidae: (Podonominae + Tanypodinae) + (Diamesinae + (Prodiamesinae + (Orthocladiinae + Chironominae))). Это исследование вносит вклад в митогеномную базу данных Chironomidae, которая будет иметь важное значение для изучения эволюции митогенома Chironomidae.

Митохондриальный геном животных обычно небольшой (15–20 т.п.н.) и включает 37 генов, т.е. 13 генов, кодирующих белки (PCG), 22 гена транспортных РНК (тРНК), гены больших и малых единиц рибосомальной РНК (rrnL и ррнС соответственно). Обычно также существует одна большая некодирующая область, которая содержит элементы, контролирующие репликацию и транскрипцию, а в митохондриальном геноме встречаются различные спейсеры и перекрывающиеся области1,2,3,4. В отличие от ядерного генома, митогеномы обычно наследуются по материнской линии, встречаются в количестве от сотен до тысяч копий на клетку5 и демонстрируют очень низкую рекомбинацию у животных6,7. Более того, сравнение расположения митохондриальных генов животных стало мощным средством вывода о долгосрочных эволюционных взаимоотношениях, поскольку перестройки кажутся уникальными и, как правило, редкими событиями, которые вряд ли могут возникнуть независимо в отдельных эволюционных линиях1.

Хирономиды (Diptera: Chironomidae) — важные водные насекомые, широко распространенные во всех биогеографических регионах мира. Кроме того, личинки хирономид обычно используются в качестве биоиндикаторов пресноводных экосистем8. Изучение систематической эволюции Chironomidae изначально было основано на морфологии9,10, однако современная молекулярная генетика в дальнейшем разрешила таксономическое разнообразие и филогенетику, главным образом, с помощью генетических маркеров, включая митохондриальные последовательности11,12,13,14,15,16. Кроме того, Chironomidae представляют собой большую группу двукрылых насекомых, насчитывающую более 6300 известных видов, однако на данный момент опубликовано лишь несколько полных митогеномов Chironomidae17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 . Предыдущие исследования в основном предоставляют описания отдельных митохондриальных геномов или сравнительный анализ митогеномов внутри родов или подсемейств. Однако митогеномов и сравнительных исследований наиболее разнообразных подсемейств Orthocladiinae и Chironominae немного. Кроме того, остаются некоторые разногласия относительно филогенетических взаимоотношений внутри Chironomidae.

В этом исследовании мы представляем новое понимание филогенетических взаимоотношений между различными подсемействами Chironomidae. Кроме того, мы провели сравнительный анализ структуры митогенома, базового состава и скорости эволюции двенадцати видов, представляющих подсемейства Orthocladiinae и Chironominae. Используя ранее опубликованные митогеномы подсемейств Prodiamesinae, Podonominae, Tanypodinae и Diamesinae, мы использовали митохондриальные гены, выделенные из полных митогеномов, для изучения филогении Chironomidae. Далее мы оцениваем монофилию Orthocladiinae и предлагаем перевести род Propsilocerus из Orthocladiinae в Prodiamesinae.