云南省六种硬蜱线粒体基因组结构及其系统发育研究

目的:蜱是仅次于蚊的第二大传播媒介,在全世界分布,不仅影响人类和动物健康,而且造成严重的经济损失。但到目前为止,我们对云南省蜱的遗传背景研究还较少,基因资源十分匮乏,严重限制了本地区蜱的系统分类及其系统发育研究,不利于蜱的准确鉴定以及蜱传疾病的防控工作。本研究对云南省六种硬蜱(克劳宁血蜱Haemaphysalis kolonini、猛突血蜱Haemaphysalis montgomeryi、越原血蜱Haemaphysalis yeni、长蝠硬蜱Ixodes vespertilionis、粒形硬蜱Ixodes granulatus和锐附硬蜱Ixodes acutitarsus)的线粒体基因组结构进行解析并探讨其系统发育关系,为云南省硬蜱的分子鉴定、分子分类学和分子系统发育学等研究提供重要参考依据。方法:本研究首先参照《新疆蜱类志》和《常见医学蜱螨图谱》等书对六种蜱的形态学进行鉴定,并用超景深三维显微系统进行图片信息采集。其次利用试剂盒提取基因组总DNA,应用PCR方法扩增COX1和16S r RNA基因,测序后进行同源性比对,构建系统进化树,结合形态学特征最后确定蜱的种类。再设计2对Long PCR引物,扩增每种蜱线粒体基因组全环;建库并利用高通量测序平台(Illumina Hiseq 2500)完成测序。进而将测序结果用Bioelectronic medicine生物信息学软件进行拼接组装,确定蛋白质编码基因、t RNA基因、r RNA基因,预测t RNA二级结构并统计基因组碱基含量和密码子使用情况。最后利用最大似然法(ML)、最大简约法(MP购买GSK1349572)和贝叶斯法(BI)构建系统发育树,探讨六种蜱的系统发育关系。结果:成功获得云南省六种硬蜱的线粒体基因组全序列。克劳宁血蜱线粒体基因组序列全长为14948 bp,猛突血蜱线粒体基因组序列全长为14681 bp,越原血蜱线粒体基因组序列全长为14895 bp,长蝠硬蜱线粒体基因组序列全长为14559 bp,粒形硬蜱线粒体基因组序列全长为14540 bp,锐附硬蜱线粒体基因组序列全长为14475 bp。六种硬蜱线粒体PF-07321332细胞培养基因组均由37个编码基因组成,包括13个蛋白质基因,22个t RNA基因和2个r RNA基因。六种硬蜱中,克劳宁血蜱、猛突血蜱和越原血蜱基因排列方式一致,长蝠硬蜱、粒形硬蜱和锐跗硬蜱的基因排列方式一致。只有克劳宁血蜱有两个非编码区,猛突血蜱有一个非编码区,其余四种硬蜱没有非编码区,且粒形硬蜱和锐跗硬蜱都检测到了L链复制起始区域。六种硬蜱的线粒体基因组中,蛋白质编码基因起始密码子均为ATN,最普遍的终止密码子是TAA。TAG及不完整的TA或T也作为转录的终止信号。在粒形硬蜱中的COX3基因以不常见的TGT作为终止密码子。每种蜱都存在t RNA碱基的重叠,排列十分紧密。以鸡皮刺螨作为外群,基于59种蜱虫的13个编码蛋白质的核苷酸序列,利用最大似然法、最大简约法和贝叶斯法构建的系统发育树拓扑结构一致,克劳宁血蜱和越原血蜱聚集在一个小分支,且与缺角血蜱(Haemaphysalis inermis)形成姐妹分支,结果表明血蜱属(Haemaphysalis)为多系。另外,猛突血蜱与犀牛血蜱(Haemaphysalis bancrofti)亲缘关系较密切,与克劳宁血蜱和越原血蜱不在同一个分支上。长蝠硬蜱与简蝠硬蜱(Ixodes simplex)亲缘关系较密切,粒形硬蜱和锐跗硬蜱位于并列硬蜱属的小分支上。结论:本研究中首次解析了克劳宁血蜱、猛突血蜱、越原血蜱、长蝠硬蜱、粒形硬蜱和锐附硬蜱的线粒体全基因组序列,丰富了云南省硬蜱科的线粒体基因库,同时也为蜱虫的分子分类及遗传变异分析等研究提供了重要参考依据。基于线粒体基因组系统发育表明克劳宁血蜱、猛突血蜱和越原血蜱聚集在血蜱属,长蝠硬蜱、粒形硬蜱和锐附硬蜱聚集在硬蜱属,与传统分类学研究一致。