成都生物研究所在沙蜥属蜥蜴线粒体基因组重排研究获进展
作者:吴娜、郭宪光 时间:2022-02-28

 动物线粒体基因由于其母系遗传、易扩增及进化速率快等特点,被广泛用于分子系统发育、种群遗传、谱系地理和历史生物地理等研究领域。与此同时,有关线粒体基因组的结构特征与进化一直是进化生物学的研究热点。众所周知,脊椎动物的线粒体基因组的组成和结构相对保守,而在两栖爬行动物中发现了大量的基因重排、基因重复和丢失的现象。然而,种内水平的基因重排较为罕见。 

 近日,中科院成都生物所郭宪光团队采用二代测序技术,获得了采自新疆的旱地沙蜥(Phrynocephalus helioscopus)两个亚种(准噶尔亚种P. helioscopus varius和伊犁亚种P. helioscopus cameranoi)的线粒体全基因组(图1、图2)。 

   

 结合GenBank中沙蜥属物种的线粒体全基因组(共15个物种、25)进行全面的比较分析,梳理该属的线粒体基因组特征与进化。通过基因排列顺序和系统发育分析,发现沙蜥属中有六种基因重排类型,且有较为普遍的种内基因重排现象,比如在旱地沙蜥、红尾沙蜥P. erythrurus、青海沙蜥P. vlangalii和南疆沙蜥P. forsythii均有发现(图3)。总体而言,基因重排的发生可能是由多个独立的结构动力事件引起的。进而发现,旱地沙蜥的这两个亚种23tRNA,有tRNA-Phe基因重复,基于串联重复/随机丢失(TDRL)模型可推测其基因重排机制(图4)。运用松弛分子钟估算分析,表明旱地沙蜥的这两个亚种大约在234万年前(95% CI: 135--373万年前)发生分化。当基因复制后,大约在72--23万年前发生了替代丢失,这暗示了这些重排基因的重复与固定可以相当快地发生,而基因重排的发生可能是多个独立的事件共同作用的结果。

 图3. 基于串联PCGs基因构建的系统发育树 

  4. 基于串联重复/随机丢失(TDRL)模型推测基因重排过程 

 相关研究成果以“Comparative Analysis of Mitochondrial Genomes in Two Subspecies of the Sunwatcher Toad-Headed Agama (Phrynocephalus helioscopus): Prevalent Intraspecific Gene Rearrangements in Phrynocephalus”为题发表在国际期刊Genes(IF: 4.096)。本研究提示,需要在种群水平上获得更多的线粒体基因组数据,从而揭示沙蜥属中普遍的种内线粒体基因组重排式样及其机制。中科院成都生物所在读硕士生吴娜为该论文的第一作者,郭宪光副研究员为通讯作者。本研究得到中科院“丝路环境”先导专项(XDA20050201)、第三次新疆综合科学考察项目(2021xjkk0600)和国家自然科学基金项目(32070433, 32000288)的资助。 

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