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線(xiàn)粒體基因組學(xué)在乳白蟻屬鑒定領(lǐng)域的研究進(jìn)展※

2021-12-15 07:54丁志平王明生王晶晶袁大煒張家港海關(guān)江蘇張家港215600
關(guān)鍵詞:白蟻線(xiàn)粒體基因組

●丁志平 王明生 陸 軍 王晶晶 朱 君 袁大煒(張家港海關(guān) 江蘇 張家港 215600)

乳白蟻(CoptotermesWasmann)隸屬于等翅目(Isoptera)鼻 白 蟻 科(Rhinotermitidae Light), 是世界范圍內(nèi)已知危害嚴(yán)重且容易被引進(jìn)和傳播蔓延的最具威脅的白蟻種類(lèi)[1]。目前世界范圍內(nèi)乳白蟻現(xiàn)存種共有67種,有化石記錄4種,其中亞洲44種、大洋洲11種、美洲8種、非洲 7種[2]。被我國(guó)檢疫部門(mén)截獲過(guò)的有20種,其中包括大家白蟻、婆羅乳白蟻、臺(tái)灣乳白蟻、塞龐乳白蟻和格斯特乳白蟻等[3]。乳白蟻屬下各種之間形態(tài)彼此極為相似,利用傳統(tǒng)形態(tài)分類(lèi)學(xué)鑒定非常困難[4],而且白蟻屬于多形態(tài)昆蟲(chóng),當(dāng)海關(guān)一線(xiàn)截獲只采集到工蟻、卵或者若蟲(chóng)時(shí),識(shí)別特征更少,形態(tài)鑒定更困難,因此尋找不受形態(tài)和發(fā)育期限制的新的鑒定方法成為白蟻鑒定的研究熱點(diǎn)。

1 線(xiàn)粒體基因組概況

線(xiàn)粒體是一種在多數(shù)真核細(xì)胞中普遍存在的由兩層膜包被的細(xì)胞器,是細(xì)胞中制造能量的結(jié)構(gòu),是進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所,在細(xì)胞代謝、衰老、死亡和生物進(jìn)化等多個(gè)環(huán)節(jié)都有著重要的作用。線(xiàn)粒體擁有自身的遺傳物質(zhì)和遺傳體系,線(xiàn)粒體基因組是獨(dú)立于染色體基因組之外的細(xì)胞器基因組,不參與染色體基因重組,因此具有基因組成穩(wěn)定、普遍為母系遺傳、極少發(fā)生重組、基因排列相對(duì)保守等特點(diǎn)。

昆蟲(chóng)線(xiàn)粒體DNA(mtDNA)長(zhǎng)度為16 kb左右,結(jié)構(gòu)也為環(huán)狀閉合雙鏈 DNA,由37個(gè)基因組成,包括2個(gè)rRNA基因,22個(gè)tRNA基因和13個(gè)蛋白編碼基因, 此外還有一段非編碼區(qū),又名控制區(qū)或 AT 富集區(qū)。昆蟲(chóng)線(xiàn)粒體基因組上的基因根據(jù)編碼方向不同分為H鏈(正向編碼)和L鏈(反向編碼),遵循母性遺傳原則。線(xiàn)粒體DNA顯示出來(lái)的差異不是基因重組,而是基因突變的結(jié)果。對(duì)mtDNA的系統(tǒng)分析可直接反映出種的母性發(fā)展史,隨著測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展和高通量測(cè)序的應(yīng)用,測(cè)定了大量昆蟲(chóng)線(xiàn)粒體基因組序列。因此,mtDNA分析已成為研究昆蟲(chóng)種群遺傳和系統(tǒng)演化的重要方法。

2 乳白蟻屬線(xiàn)粒體基因研究現(xiàn)狀

據(jù)前期學(xué)者們的研究發(fā)現(xiàn),目前測(cè)定的乳白蟻屬線(xiàn)粒體全基因組序列均編碼37個(gè)基因,包含22個(gè)tRNA基因、13個(gè)蛋白基因和2個(gè)rRNA基因以及一個(gè)長(zhǎng)度不均的非編碼區(qū)[5],其中23個(gè)基因(9個(gè)蛋白基因、14個(gè)tRNA基因)由J鏈編碼,剩余的14個(gè)基因由N鏈編碼。乳白蟻屬線(xiàn)粒體全基因組排列順序與其他白蟻物種的排列順序一致[6],基因的間隔區(qū)與重疊區(qū)較小或不存在。

目前,依靠線(xiàn)粒體基因?qū)θ榘紫亴傧路N類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)鑒定研究的方式主要分為兩類(lèi):一類(lèi)是依靠線(xiàn)粒體基因組中的單個(gè)或多個(gè)DNA片段,目前應(yīng)用較多的有12S rRNA、16S rRNA、COI、COII、Cytb等基因。王建國(guó)等[7]利用線(xiàn)粒體16S rRNA、COII2個(gè)DNA序列片段,對(duì)從東南亞原木上截獲的乳白蟻屬的一些種類(lèi)和我國(guó)及世界其他傳入?yún)^(qū)廣泛分布的臺(tái)灣乳白蟻(C.formosanus)的不同地理種群進(jìn)行了比較,對(duì)一些不同來(lái)源地的白蟻種類(lèi)進(jìn)行分析歸類(lèi)后推測(cè)端明乳白蟻(C.elisae)和曲顎乳白蟻 (C.curvignathus)為相同物種;張衛(wèi)東等[8]測(cè)定了東南亞6種乳白蟻的線(xiàn)粒體16S rRNA基因部分序列,并結(jié)合GenBank中乳白蟻同源序列,研究了其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,并推斷臺(tái)灣乳白蟻(C.formosanus)與廣州乳白蟻 (C.guangzhouensis)存在同物異名的可能;權(quán)永兵等[9]對(duì)7種乳白蟻的線(xiàn)粒體細(xì)胞色素氧化酶COII基因進(jìn)行測(cè)序,并進(jìn)行序列分析及系統(tǒng)發(fā)育研究,推斷塞龐乳白蟻(C.sepangensis)和曲顎乳白蟻(C.curvignathus)可能為同物異名種[9]。

另一類(lèi)是通過(guò)測(cè)定乳白蟻屬線(xiàn)粒體全基因組序列,進(jìn)行比對(duì)分析,構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)以及進(jìn)化關(guān)系分析。李亞霄[5]通過(guò)測(cè)定包含4種乳白蟻在內(nèi)的6種白蟻線(xiàn)粒體全基因組,然后聯(lián)合NCBI中已發(fā)表的其他等翅目白蟻的線(xiàn)粒體全基因組,對(duì)60種等翅目白蟻構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹(shù),并分析基因編碼特點(diǎn)、進(jìn)化關(guān)系等,研究得出了乳白蟻屬內(nèi)4種乳白蟻的進(jìn)化位置;廖一源[6]對(duì)六種白蟻的線(xiàn)粒體全基因組進(jìn)行了測(cè)定,以及系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的構(gòu)建與簡(jiǎn)單的進(jìn)化關(guān)系分析,并結(jié)合NCBI 數(shù)據(jù)庫(kù)中其他白蟻已公開(kāi)的全基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行了多重序列比對(duì),并在Cytb基因片段上尋找到了可作為散白蟻屬白蟻的分子分類(lèi)鑒定的DNA條形碼。

3 NCBI乳白蟻屬線(xiàn)粒體序列公布情況

截至2021年5月15日,NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)公布的乳白蟻屬線(xiàn)粒體基因核苷酸序列共508條:全基因組序列共44條,覆蓋了包括澳刀乳白蟻(C.acinaciformis acinaciformis)、阿曼乳白蟻 (C.acinaciformis raあrayi)、端明乳白蟻(C.elisae)、 臺(tái)灣乳白蟻(C.formosanus)、大唇乳白蟻(C.frenchi)、格斯特乳白蟻(C.gestroi)等在內(nèi)的17種乳白蟻屬白蟻,分布于亞洲、非洲、美洲、大洋洲,其中最短的核苷酸序列為南美乳白蟻(C.testaceus),全長(zhǎng)為14 601 bp,最長(zhǎng)的為C.lacteus,全長(zhǎng)為16 266 bp;線(xiàn)粒體部分基因組核苷酸序列共22條,包括長(zhǎng)帶乳白蟻 (C.longistriatus)、端 明 乳 白 蟻(C.elisae)、 臺(tái) 灣 乳 白 蟻(C.formosanus)、廣 東 乳 白 蟻 (C.guangzhouensis)4種乳白蟻屬白蟻以及7條未列到種的乳白蟻屬的部分基因組核苷酸序列。

4 結(jié)論

隨著世界貿(mào)易的日益頻繁,我國(guó)在進(jìn)出口過(guò)程中面臨的外來(lái)有害生物檢疫風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越高。因此,海關(guān)檢疫人員對(duì)外來(lái)截獲有害生物鑒定技術(shù)的需求也越來(lái)越強(qiáng)。面對(duì)傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)鑒定的局限性,如何利用分子生物學(xué)技術(shù)快速、精準(zhǔn)地對(duì)乳白蟻屬有害生物進(jìn)行鑒定是目前研究的重要方向。目前越來(lái)越多種類(lèi)乳白蟻屬線(xiàn)粒體全基因組序列已被國(guó)內(nèi)外學(xué)者測(cè)定公布,未來(lái)可構(gòu)建完善的屬內(nèi)進(jìn)化關(guān)系,也為進(jìn)一步研究、開(kāi)發(fā)更為精準(zhǔn)的分子鑒定方法提供重要的基礎(chǔ)。

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