检索
E-mail
RSS

作者投稿 主编审稿 专家审稿 远程编辑

热带海洋学报 >

2024 , Vol. 43 >Issue 6: 145 - 159

DOI: https://doi.org/10.11978/2023196

海洋生物学

食蟹豆齿鳗线粒体基因组结构特征及系统进化分析

  • 杨澜 ,
  • 赵耀 ,
  • 刘玉萍 ,
  • 杨天燕
展开
  • 浙江海洋大学水产学院, 浙江 舟山 316022
杨天燕, email:

杨澜(2001—), 女, 浙江省衢州市人, 研究方向为海洋生物资源与环境。email:

Editor: 林强

收稿日期: 2023-12-15

  修回日期: 2024-02-11

  网络出版日期: 2024-02-21

基金资助

浙江省重点研发计划项目(2021C2047)

舟山市科技计划项目(2022C41022)

国家级大学生创新创业训练计划项目(202310340056)

浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划项目(2023R411005)

浙江海洋大学校级大学生科研创新计划项目(2023-A-025)

收起

The mitochondrial genomic characteristics and phylogenetic relationship analysis of Pisodonophis cancrivorus (Anguilliformes, Ophichthidae)

  • YANG Lan ,
  • ZHAO Yao ,
  • LIU Yuping ,
  • YANG Tianyan
Expand
  • School of Fisheries, Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316022, China
YANG Tianyan. email:

Editor: LIN Qiang

Received date: 2023-12-15

  Revised date: 2024-02-11

  Online published: 2024-02-21

Supported by

Province Key Research and Development Program of Zhejiang(2021C2047)

Technology Planning Project of Zhoushan(2022C41022)

National Innovation and Entrepreneurship Training Program for College Students(202310340056)

Science and Technology Innovation Project of College Students in Zhejiang Province(2023R411005)

Innovation Project of College Students in Zhejiang Ocean University(2023-A-025)

Fold

摘要

食蟹豆齿鳗(Pisodonophis cancrivorus)是我国东南沿海重要的渔获种类之一。本研究采用高通量测序技术对采自于舟山近海的食蟹豆齿鳗线粒体基因组进行了测定, 并对其结构特征及系统发育关系进行了分析。食蟹豆齿鳗线粒体DNA序列全长为17650bp, 4种碱基含量分别为A(31.72%)、G(15.58%)、T(26.26%)和C(26.44%), 表现出明显的反G偏倚和A＋T富集现象。与已发表的蛇鳗科鱼类相似, 其线粒体部分基因由于自然选择的作用, 发生了串联复制-随机丢失(tandem duplication-random loss, TDRL)事件, 导致ND6基因和tRNA-Glu(E)转移到tRNA-Thr(T)和tRNA-Pro(P)之间, 并且ND6基因上游出现了另一个长度为966bp的控制区, 两个控制区呈现独立演化的特征。13个蛋白质编码基因中分别存在2种启动子(ATG、GTG)和4种终止子(TAG、TAA、TA-、T--), 且仅COI基因以GTG作为起始密码子。编码的3 824个氨基酸中, 亮氨酸(Leu)含量最高而半胱氨酸(Cys)含量最低。22种tRNA的二级结构中存在17处碱基错配, 且仅tRNA-SerAGY(S)由于缺少二氢尿嘧啶臂(DHU臂)无法折叠形成典型的三叶草结构。长度为21bp的轻链复制起始区(origin of L-strand replication region, OL)位于“WANCY”基因簇内, 其发夹型二级结构(hairpin secondary structure)的3'端具有与爬行动物类似的保守功能基序3'-GGCGG-5'。将17种蛇鳗科鱼类的线粒体12个蛋白质编码基因序列去除终止密码子之后进行串联, 基于Kimura双参数模型计算种间遗传距离为0.128~0.297。使用最大似然法(maximum likelihood, ML)和贝叶斯法(Bayesian inference, BI)构建系统发育树, 显示了蛇鳗科鱼类复杂的演化关系, 食蟹豆齿鳗位于进化树的基部, 与短尾蛇鳗(Ophichthus brevicaudatus)和艾氏蛇鳗(O.evermanni)亲缘关系最近, 是该类群中较晚发生遗传分化的种类。

关键词： 食蟹豆齿鳗; 线粒体基因组; 结构特征; 序列分析; 系统发育

本文引用格式

杨澜 , 赵耀 , 刘玉萍 , 杨天燕 . 食蟹豆齿鳗线粒体基因组结构特征及系统进化分析[J]. 热带海洋学报, 2024 , 43(6) : 145 -159 . DOI: 10.11978/2023196

Abstract

Pisodonophis cancrivorus is an important fish species in the southeast coast of China. In this study, the complete mitochondrial genome of P. cancrivorus was obtained by high-throughput sequencing technique, as well as the structural characteristics and phylogenetic relationships were also analyzed. The total length of the complete mitochondrial DNA is 17650bp, and the base compositions are A (31.72%), G (15.58%), T (26.26%) and C (26.44%), respectively, showing an obvious anti-G bias and A+T preference. Similar to the published mitogenomes of Ophichthidae species, some genes have undergone a tandem duplication-random loss (TDRL) event due to the natural selection, causing the ND6 gene and its conjoint tRNA-Glu(E) to be translocated between tRNA-Thr(T) and tRNA-Pro(P). Besides, another D-loop region with length of 966bp is located upstream of the ND6 gene, and these two D-loop regions show a trend of independent evolution. There are two start codons (ATG, GTG) and four stop codons (TAG, TAA, TA-, T--) among the 13 protein-coding genes (PCGs), and only COI gene is initiated with GTG. In the total of 3 824 encoded amino acids, the content of Leu is the highest, while the content of Cys is the lowest. There are 17 DNA mismatches in the secondary structures of 22 tRNAs. All tRNAs can form the clover-leaf structures, excepting tRNA-SerAGY(S) because of lacking the DHU arm. The origin of L-strand replication region (OL) with the length of 21bp is situated in the “WANCY” region, and the conserved motif 3'-GGCGG-5' is detected in the 3' end of its hairpin secondary structure. The sequences of 12 PCGs (without ND6) are concatenated by removing stop codons, and the interspecific genetic distances of 17 Ophichthidae fishes are calculated to be 0.128-0.297 based on the Kimura two-parameter (K2P) model. The phylogenetic trees constructed by the maximum likelihood (ML) and Bayesian inference (BI) methods show a complex evolutionary relationship of Ophichthidae fishes. P. cancrivorus is located at the base of the phylogenetic tree and closely related to Ophichthus brevicaudatus and O. evermanni, suggesting that it may diverge later than other snake eels.

Key words： Pisodonophis cancrivorus; mitochondrial genome; structure characteristics; sequence analysis; phylogeny

食蟹豆齿鳗(Pisodonophis cancrivorus Richardson, 1848)隶属于鳗鲡目Anguilliformes、蛇鳗科Ophichthidae、豆齿鳗属Pisodonophis, 主要分布于日本南部、澳大利亚及印度洋—太平洋的温、热带海域, 常栖息于浅海泥沙底区。我国常见于东海南部、南海和台湾海域, 为近岸底拖网和底延绳钓渔获之一(唐文乔 等, 2004)。食蟹豆齿鳗肉质肥美、经济价值较高, 我国福建省和台湾省将其称为“土龙”或“窦龙”(邓家刚, 2008)。目前, 国内外有关食蟹豆齿鳗的研究资料明显不足, 且集中于资源分布(林龙山 等, 2013)、形态比较(Hussain et al, 2000)和生理生化(Archana et al, 2017)领域, 尚未见到涉及遗传学背景的研究工作。作为鳗鲡目中种类最多且分化最大的类群, 蛇鳗科鱼类体形较为特化且存在部分形态特征的交叠重复, 基于比较形态学和分子生物学的属种间系统演化关系仍存在一定争议。例如, McCosker(1977)基于骨骼学解剖数据分析蛇鳗科系统关系时, 认为蛇鳗科为一单系群, 蠕鳗属(Echelus)位于该类群的根部, 随后为蛇鳗属(Ophichthus), 再由蛇鳗属的祖先种演化为现生其他属种。而基于嗅觉器官形态特征构建的系统发育树则支持蛇鳗属与其他类群呈平行进化关系(刘东, 2005)。Wang等 (2003)利用线粒体12S rRNA序列探讨海鲢总目(Elopomorpha)系统发生关系时, 发现蛇鳗科鱼类聚到不同分支, 且与其他鳗鲡目鱼类存在交叉。线粒体COI基因序列分析的结果也证实了这一现象, 该基因在蛇鳗科系统学水平上的分辨率不高, 不适合作为该类群系统进化研究的分子标记 (张稚兰 等, 2017)。相较于单个基因, 整合不同基因区域的多序列数据, 再采用“联合”或“一致”途径构建系统发育关系, 能够更加客观地反映物种间真实进化关系(邹新慧 等, 2008)。线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)是独立于核基因组的遗传物质, 具有良好的生物学和遗传学特性, 如单拷贝、无重组、进化速率适中、具有一定多态性等, 成为了鱼类进化遗传研究的有力工具(郭新红 等, 2004)。尤其是近年来, 随着高通量测序技术的飞速发展, 从测序数据中获取线粒体基因组全序列, 采用多基因联合的方法可以更加准确、便捷地反映物种的遗传特征和分子系统进化(杨婧 等, 2016)。
本研究利用高通量测序技术获得了食蟹豆齿鳗线粒体基因组全序列, 采用生物信息学方法对其基因组成和结构特征进行了分析, 并从美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information, NCBI)下载近缘种线粒体序列信息, 基于蛋白质编码基因构建蛇鳗科鱼类系统进化树, 以探究食蟹豆齿鳗在该类群鱼类中的系统进化位置。研究数据不仅补充了食蟹豆齿鳗遗传学资料, 也为蛇鳗科鱼类的分类鉴定和开发利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 实验样本和基因组DNA提取

食蟹豆齿鳗样本于2022年6月通过底拖网的方式采自浙江省舟山近海(122°26'52"E, 29°54'14"N)。实验样本经过形态学鉴定后, 取部分背部肌肉组织于95%乙醇中固定并置于-20℃冰箱保存。采取传统的氯仿-tris饱和酚方法提取食蟹豆齿鳗基因组DNA(Sambrook et al, 1989), 使用1%琼脂糖凝胶电泳和Qubit 2.0荧光计对DNA的纯度和浓度进行检测, 合格的DNA样本保存于-80℃超低温冰箱中备用。

1.2 高通量测序和线粒体基因注释

选取约1μg 的基因组DNA作为后续建库的起始量。使用超声波破碎仪将DNA随机打断成300~500bp的序列片段, 再通过末端修复、添加Poly A尾和测序接头、琼脂糖凝胶电泳以及PCR扩增纯化等步骤, 基于双末端测序(paired-end)策略制备得到小片段DNA测序文库。采取边合成边测序(sequencing by synthesis, SBS)的方式(Chen, 2014), 委托上海元莘生物医药科技有限公司基于Illumina HiSeqTM 2500平台进行高通量测序。
测序得到的原始图像数据经过Base calling转化为FASTQ格式的序列数据。为保证后续生物信息分析的准确性, 使用Cutadapt软件(Martin, 2011)过滤低质量序列和重复序列, 获得高质量的Clean data。以GenBank数据库中已发布的蛇鳗科鱼类线粒体基因组序列作为参考, 使用NOVOPlasty软件(Dierckxsens et al, 2017)对食蟹豆齿鳗线粒体基因组进行组装, 通过MitoFish网站 (http://mitofish.aori.u-tokyo.ac.jp/)上的MitoAnnotator工具(Iwasaki et al, 2013)对拼接好的线粒体基因进行在线注释并辅以人工比对校正, 最终得到用于后续分析的单个基因位置和序列信息。

1.3 序列分析和二级结构预测

使用MEGA11.0软件(Tamura et al, 2021)对线粒体基因组的碱基百分比、碱基偏倚情况、氨基酸组成和相对同义密码子使用率(relative synonymous codon usage, RSCU)进行统计分析。RSCU值可用于检测某一特定的密码子在编码对应氨基酸时的同义密码子预期频率与观测频率之比, 直观地反映了密码子使用偏好性(Perna et al, 1995)。利用在线工具tRNAscan-SE (https://lowelab.ucsc.edu/tRNAscan-SE/)(Lowe et al, 1997)对tRNA基因进行二级结构预测可视化绘图。借助Mfold网站 (http://www.unafold.org/)在线预测轻链复制起始区(origin of L-strand replication Region, OL)的二级结构。

1.4 遗传距离和系统进化分析

从GenBank数据库中下载已发布的17种蛇鳗科鱼类线粒体全序列, 以囊鳃鳗目Saccopharyngiformes、月尾鳗科Cyematidae、新胚鳗属Neocyema的红体新胚鳗(Neocyema erythrosoma)作为外群(GenBank登录号: AP018345)。对去除终止密码子后的蛋白质编码基因(protein-coding gene, PCG)按照相同的顺序进行串联, 将串联后的序列导入MUSCLE软件(Edgar, 2004)进行多重比对。采用MEGA11.0软件计算基于Kimura 2-parameters(K2P)模型的不同物种间的遗传距离。使用jModelTest软件(Posada, 2008)筛选核苷酸最佳替代模型GTR+G+I, 并分别基于最大似然法(maximum likelihood, ML)(Guindon et al, 2003)和贝叶斯法(Bayesian inference, BI)(Huelsenbeck et al, 2001)在MEGA11.0软件和MrBayes 3.2.7软件中构建系统进化树, 在ML法中将自举检验值(Bootstrap)设置为1 000次用以检验系统树各分支节点的可靠性(Felsenstein, 1985), 在BI法中使用马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo, MCMC)算法, 按照默认设置运行1 000万世代的3条热链(heating chain)和1条冷链(cold chain), 取样频率为1 000世代, 舍弃前25%样本后用于测算贝叶斯后验概率(posterior probability, PP)。使用在线网站iTOL(https://itol.embl.de/)对系统树进行美化。

2 结果与分析

2.1 线粒体基因组结构与碱基组成

食蟹豆齿鳗线粒体基因组全长为17 650bp, 为典型的双链闭合环状结构(图1), 包含22个tRNA基因、13个蛋白质编码基因、2个rRNA基因和3个非编码区(2个D-loop区和1个OL区), 其基因组成和排列与已报道蛇鳗科鱼类相同(Lü et al, 2019; 宁子君 等, 2022; Yang et al, 2023)。tRNA-Gln(Q)、tRNA-Ala(A)、tRNA-Asn(N)、tRNA-Cys(C)、tRNA-Tyr(Y)、tRNA-SerUCN(S)、tRNA-Glu(E)、tRNA-Pro(P)和ND6基因位于轻链(L链), 其余28个基因则均位于重链(H链)上(表1)。不同基因和非编码区之间存在12处基因间隔和4处基因重叠, 总长度分别为73bp和19bp。其中, 最大的基因间隔为21bp, 位于OL和tRNA-Cys(C)之间, 其次为COI基因和tRNA-SerUCN(S)之间长度为17bp的基因间隔。ATP合成酶F0亚单位的2个基因ATP6和ATP8之间发生重叠的碱基数量最多, 重叠长度为10bp。
图1 食蟹豆齿鳗的线粒体基因组结构

Fig. 1 Mitochondrial genome structure of P. cancrivorus

表1 食蟹豆齿鳗线粒体基因组注释

Tab. 1 The mitogenome annotation of P. cancrivorus

基因 编码链 起始位点 终止位点 长度/bp 基因间隔/bp 编码氨基酸数量 起始密码子 终止密码子 反密码子
tRNA-Phe(F) H 1 68 68 0 GAA
12S rRNA H 69 1 027 959 0
tRNA-Val(V) H 1 028 1 098 71 0 TAC
16S rRNA H 1 099 2 799 1 701 0
tRNA-LeuUUR(L) H 2 800 2 875 76 0 TAA
ND1 H 2 876 3 844 969 0 322 ATG TAA
tRNA-Ile(I) H 3 847 3 919 73 2 GAT
tRNA-Gln(Q) L 3 919 3 989 71 -1 TTG
tRNA-Met(M) H 3 989 4 057 69 -1 CAT
ND2 H 4 058 5 114 1 057 0 352 ATG T--
tRNA-Trp(W) H 5 115 5 183 69 0 TCA
tRNA-Ala(A) L 5 185 5 253 69 1 TGC
tRNA-Asn(N) L 5 255 5 327 73 1 GTT
OL H 5 329 5 349 21 1
tRNA-Cys(C) L 5 371 5 437 67 21 GCA
tRNA-Tyr(Y) L 5 438 5 509 72 0 GTA
COI H 5 511 7 151 1 641 1 546 GTG TAA
tRNA-SerUCN(S) L 7 169 7 239 71 17 TGA
tRNA-Asp(D) H 7 245 7 312 68 5 GTC
COII H 7 319 8 009 691 6 230 ATG T--
tRNA-Lys(K) H 8 010 8 084 75 0 TTT
ATP8 H 8 086 8 253 168 1 55 ATG TAA
ATP6 H 8 244 8 923 680 -10 226 ATG TA-
COIII H 8 924 9 708 785 0 261 ATG TA-
tRNA-Gly(G) H 9 709 9 780 72 0 TCC
ND3 H 9 781 10 129 349 0 116 ATG T--
tRNA-Arg(R) H 10 130 10 199 70 0 TCG
ND4L H 10 200 10 496 297 0 98 ATG TAA
ND4 H 10 490 11 870 1 381 -7 610 ATG T--
tRNA-His(H) H 11 871 11 939 69 0 GTG
tRNA-SerAGY(S) H 11 940 12 009 70 0 GCT
tRNA-LeuCUN(L) H 12 010 12 082 73 0 TAG
ND5 H 12 083 13 918 1 836 0 611 ATG TAG
Cyt b H 13 933 15 073 1 141 14 380 ATG T--
tRNA-Thr(T) H 15 074 15 145 72 0 TGT
D-loop1 H 15 146 16 111 966 0
ND6 L 16 112 16 630 519 0 172 ATG TAG
tRNA-Glu(E) L 16 631 16 699 69 0 TTC
tRNA-Pro(P) L 16 703 16 775 73 3 TGG
D-loop2 H 16 776 17 650 875 0

注: H和L代表重链和轻链; TA-和T--代表不完整终止密码子, “-”代表碱基重叠

食蟹豆齿鳗线粒体基因组4种含氮碱基的含量的变化趋势为31.72%(A)>26.44%(C)>26.26%(G)> 15.58%(T), 呈现出相对较低的G含量和明显的A＋T富集 (表2)。13个蛋白质编码基因的A+T含量占比均大于50%, 其中ND6基因A碱基含量最高(38.73%)、ATP8基因G碱基含量最低(10.12%)。2个控制区均表现出较高的A+T含量和明显的反G偏倚现象。AT偏倚(AT-skew)和GC偏倚(GC-skew)可用于衡量DNA分子中轻、重链碱基含量的偏离程度, 其绝对值越大表明碱基组成差异越明显, 通常用公式AT-skew=(A+T) /(A-T)和GC-skew=(G-C)/(G+C)来计算(Ojala et al, 1980)。由表2可知, 食蟹豆齿鳗线粒体基因组的AT-skew值和GC-skew值分别为0.094和-0.259, 表明A碱基和C碱基的发生率高于T碱基和G碱基。13个蛋白质编码基因的GC-skew碱基组成均为负值, 而AT-skew碱基组成只有COI基因和Cyt b基因为负值。此外, 除了ND6基因以外, 其余蛋白质编码基因AT-skew的绝对值均小于GC-skew的绝对值, 表明G和C两种碱基之间组成差异更大。
表2 食蟹豆齿鳗线粒体碱基组成与偏倚

Tab. 2 The base compositions and skewness in the mitogenome of P. cancrivorus

基因/区域 长度/bp A/% T/% G/% C/% A+T/% AT偏倚 GC偏倚
线粒体全序列 17 650 31.72 26.26 15.58 26.44 57.98 0.094 -0.259
13个蛋白质编码基因 11 514 29.33 28.23 15.46 26.98 57.56 0.019 -0.271
密码子第1位点 3 849 28.55 23.33 22.79 25.33 51.88 0.101 -0.053
密码子第2位点 3 831 23.52 35.47 13.94 27.07 58.99 -0.203 -0.320
密码子第3位点 3 834 35.92 25.93 9.62 28.53 61.85 0.162 -0.496
ND1 969 27.86 27.86 15.38 28.90 55.72 0.000 -0.305
ND2 1 057 33.59 24.50 13.62 28.29 58.09 0.156 -0.350
COI 1 641 28.28 29.25 17.55 24.92 57.53 -0.017 -0.174
COII 691 30.82 26.19 15.63 27.36 57.01 0.081 -0.273
ATP8 168 33.33 25.00 10.12 31.55 58.33 0.143 -0.514
ATP6 680 29.12 28.97 12.35 29.56 58.09 0.003 -0.411
COIII 785 28.15 27.90 17.20 26.75 56.05 0.004 -0.217
ND3 349 28.37 31.52 14.04 26.07 59.89 -0.053 -0.300
ND4L 297 28.28 26.60 13.47 31.65 54.88 0.031 -0.403
ND4 1 381 29.98 27.59 13.76 28.67 57.57 0.042 -0.351
ND5 1 836 32.57 26.85 12.91 27.67 59.42 0.096 -0.364
Cyt b 1 141 28.66 29.71 15.07 26.56 58.37 -0.018 -0.276
ND6 519 38.73 15.03 14.06 32.18 53.76 0.441 -0.392
12S rRNA 959 33.58 21.38 20.02 25.02 54.96 0.222 -0.111
16S rRNA 1 701 37.92 19.05 18.99 24.04 56.97 0.331 -0.117
D-loop1 966 32.19 32.51 14.29 21.01 64.70 0.441 -0.392
D-loop2 875 36.23 29.60 10.74 23.43 65.83 0.441 -0.392
从密码子的碱基组成来看, 第一位点上4种碱基的平均含量差别不大, 第二位点T含量较高而G含量偏低, 第三位点A含量最高而G含量最低。密码子的3个位点上, 第三位点A+T含量明显高于其他位点, AT-skew偏倚为正值且GC-skew偏倚的绝对值最大, 表明构成蛋白质氨基酸更偏向于调用第三位为A或C的密码子。

2.2 蛋白质编码基因和密码子使用情况

食蟹豆齿鳗线粒体基因组的蛋白质编码基因总长度为11 514bp, 占线粒体基因组总长的65.23%。除了ND6基因位于L链以外, 其余基因均位于H链上。13个蛋白质编码基因中存在ATG和GTG两种起始密码子, 其中12个蛋白编码基因(ND1、ND2、COII、ATP8、ATP6、COIII、ND3、ND4L、ND4、ND5、Cyt b、ND6)的起始密码子为ATG, 只有COI以GTG为起始密码子。有两种完整终止密码子(TAA、TAG)和两种不完整终止密码子(T--、TA-), 其中ND1、COI、ATP8、ND4L的终止密码子为TAA; ND5、ND6的终止密码子为TAG; ND2、COII、ND3、ND4、Cyt b的终止密码子T--; 而ATP6和COIII的终止密码子则为TA-。
使用MEGA11.0软件分析计算得到的食蟹豆齿鳗线粒体基因组的RSCU值, 即相对密码子使用度。结果表明, 食蟹豆齿鳗的线粒体基因组13个蛋白质编码基因中, 偏好密码子(即RSCU≥1)有32个(表3)。密码子的第三位点为A、C碱基的密码子中, 只有UUC(F)、CGC(R)、AUC(I)、GUC(V)的RSCU值小于1, 其余碱基密码子的RSCU均大于1, 表现出蛋白编码基因对这两种碱基的使用偏好性。CGA(R)的RSCU值最大, 为2.42, 密码子数量共有46个。UAA、UAG、AGA、AGG为终止密码子, 出现的次数极少, 且没有参与氨基酸编码过程。
表3 13个蛋白质编码基因密码子使用频率

Tab. 3 Frequency of codon usages in 13 PCGs for P. cancrivorus

密码子 计数 RSCU 密码子 计数 RSCU 密码子 计数 RSCU 密码子 计数 RSCU
UUU(F) 121 1.07 UCU(S) 30 0.76 UAU(Y) 62 0.96 UGU(C) 10 0.61
UUC(F) 105 0.93 UCC(S) 63 1.59 UAC(Y) 67 1.04 UGC(C) 23 1.39
UUA(L) 101 1.02 UCA(S) 84 2.12 UAA(*) 0 0.00 UGA(W) 108 1.79
UUG(L) 31 0.31 UCG(S) 4 0.10 UAG(*) 1 0.80 UGG(W) 13 0.21
CUU(L) 108 1.09 CCU(P) 32 0.58 CAU(H) 33 0.67 CGU(R) 11 0.58
CUC(L) 108 1.09 CCC(P) 67 1.22 CAC(H) 66 1.33 CGC(R) 10 0.53
CUA(L) 190 1.92 CCA(P) 107 1.95 CAA(Q) 84 1.75 CGA(R) 46 2.42
CUG(L) 55 0.56 CCG(P) 14 0.25 CAG(Q) 12 0.25 CGG(R) 9 0.47
AUU(I) 202 1.43 ACU(T) 48 0.6 AAU(N) 53 0.73 AGU(S) 13 0.33
AUC(I) 81 0.57 ACC(T) 100 1.25 AAC(N) 92 1.27 AGC(S) 44 1.11
AUA(M) 155 1.52 ACA(T) 159 1.99 AAA(K) 79 1.72 AGA(*) 2 1.60
AUG(M) 49 0.48 ACG(T) 12 0.15 AAG(K) 13 0.28 AGG(*) 2 1.60
GUU(V) 59 1.07 GCU(A) 53 0.68 GAU(D) 25 0.61 GGU(G) 28 0.46
GUC(V) 48 0.87 GCC(A) 129 1.66 GAC(D) 57 1.39 GGC(G) 64 1.06
GUA(V) 89 1.61 GCA(A) 120 1.55 GAA(E) 79 1.65 GGA(G) 118 1.96
GUG(V) 25 0.45 GCG(A) 8 0.10 GAG(E) 17 0.35 GGG(G) 31 0.51

注: 黑体表示偏好密码子

食蟹豆齿鳗线粒体蛋白质编码基因中, 编码亮氨酸(Leu)和丝氨酸(Ser)的有6种密码子, 其中前者CUA占比最高(32.04%)、UUG占比最低(5.23%); 后者UCC、UCA和AGC为偏好密码子。编码丙氨酸(Ala)、甘氨酸(Gly)、脯氨酸(Pro)、精氨酸(Arg)、苏氨酸(The)和缬氨酸(Val)的密码子有4种不同类型, 编码剩余12种氨基酸的密码子分别只有2种类型(图2)。编码的3 824个氨基酸中, 亮氨酸(Leu)的含量最高(15.51%), 含量最少的氨基酸为半胱氨酸(Cys), 占比仅为0.86%(图3)。
图2 食蟹豆齿鳗蛋白质编码基因的密码子使用情况

Fig. 2 The codon usage of 13 PCGs in the mitogenome of P. cancrivorus

图3 食蟹豆齿鳗线粒体蛋白编码氨基酸含量

Fig. 3 Total codon content in P. cancrivorus

2.3 rRNA和tRNA的结构与特征

本研究中食蟹豆齿鳗线粒体基因组含有2个rRNA基因, 分别为12S rRNA和16S rRNA, 二者均编码于H链, 且在脊椎动物线粒体基因中的位置相对固定。它们位于tRNA-Phe(F)和tRNA-LeuUUR(L)之间, 被tRNA-Val(V)基因隔开。12S rRNA处于69~1027bp的位置, 由959个碱基组成; 16S rRNA处于1099~2799bp的位置, 由1701个碱基组成。两个rRNA的碱基组成呈现相同的规律, 即A碱基含量最高、G碱基含量最低, 且A+T含量高于G+C含量。预测12 rRNA和16S rRNA二级结构的热力学自由能分别为-234.11kcal ·mol-1和-386.13kcal·mol-1。
通过对22个tRNA基因进行定位, 发现tRNA-Gln(Q)、tRNA-Ala(A)、tRNA-Asn(N)、tRNA-Cys(C)、tRNA-Tyr(Y)、tRNA-SerUCN(S)、tRNA-Glu(E)、tRNA-Pro(P) 位于L链, 其余14个tRNA位于H链。其序列长度范围在67~76bp之间, 其中tRNA-LeuUUR(L)基因的长度最长, tRNA-Cys(C)基因的长度最短。通过观察发现, 食蟹豆齿鳗线粒体基因组中存在3个主要的tRNA基因簇, 分别为IQM、WANCY和HSL。tRNA-Ile(I)、tRNA-Gln(Q)和tRNA-Met(M)之间彼此存在1bp的碱基重叠, tRNA-Ala(A)和tRNA-Asn(N)之间间隔了1个碱基, 而HSL之间则不存在重叠或间隔。经tRNAscan-SE网站在线预测22个tRNA的二级结构得出, 除了tRNA-SerAGY(S)基因由于缺少二氢尿嘧啶臂(dihydrouracil arm, DHU)未能形成三叶草结构外, 其余21个tRNA基因均能折叠成典型三叶草二级结构(图4)。
图4 食蟹豆齿鳗线粒体tRNA二级结构

方框内为不能形成三叶草结构的tRNA-SerAGY基因

Fig. 4 Secondary structures of mitochondrial tRNAs in P. cancrivorus.

The secondary structure of tRNA-SerAGY is supplied in the box

此外, tRNA基因的二级结构中还存在一定的碱基摆动配对现象。统计得出共有6对A-C、4对U-C、3对U-U、2对A-A、1对C-G和1对C-C错配, 它们在tRNA基因二级结构的氨基酸接受臂(amino acid acceptor arm)、反密码子臂(anticodon arm)、二氢尿嘧啶臂(dihydrouracil arm, DHU)和假尿嘧啶臂(pseudouridine arm, TψC)中均有分布。除tRNA-Tyr(Y)基因的DHU臂上存在1对A-A不配对以外, 其他具有DHU臂的tRNA基因在该结构上都没有发现碱基错配情况。

2.4 非编码区

与大多数鱼类不同, 食蟹豆齿鳗的线粒体非编码区包括2个D-loop区和1个轻链复制起始区(OL)。D-loop1位于tRNA-Thr(T)和ND6基因之间, 序列长度为966bp; D-loop2位于tRNA-Phe(F)和tRNA-Pro(P)之间, 序列长度为875bp。通过DNASTAR Lasergene软件包中的Megalign程序比对得出2个控制区序列相似度约为58.9%。OL区位于WANCY基因簇内(Seutin et al, 1994), 介于tRNA-Asn(N)和tRNA-Cys(C)之间, 序列长度为21bp。通过Mfold在线工具预测该非编码区可形成一个稳定的茎环结构。如图5所示, OL区二级结构由8个碱基对的茎和5个碱基的环组成, 且茎区和环区的碱基组成存在明显不对称性。茎区主要由C-G碱基对构; 而环区C碱基数量较多, 有明显的C碱基偏倚现象。此外, 在该茎环结构的3'端检测到与其他脊椎动物线粒体OL区侧翼保守功能基序(3'-GCCGG-5')相类似的序列3'-GGCGG-5', 体现出该基序的高度保守的特性。
图5 食蟹豆齿鳗线粒体基因组轻链复制起始区的茎环结构

红框代表保守功能基序

Fig. 5 Stem-loop structure of origin of L-strand replication region (OL) in the mitogenome of P. cancrivorus

2.5 基因重排与系统发育关系

与GenBank数据库中已公布的大多数硬骨鱼类线粒体基因组对比发现, 食蟹豆齿鳗线粒体基因组发生了基因重排(gene rearrangement)。即ND6基因和tRNA-Glu(E)作为一个整体, 移到了tRNA-Thr(T)和tRNA-Pro(P)之间, 除了正常位于tRNA-Phe(F)和tRNA-Pro(P)之间的D-loop区外, ND6基因上游还存在一个长度为966bp的非编码区。类似现象在短尾蛇鳗(Ophichthus brevicaudatus)、艾氏蛇鳗(Ophichthus evermanni)和斑纹蛇鳗(Ophichthus erabo)线粒体基因组研究中也曾出现(Lü et al, 2019; 宁子君 等, 2022; Yang et al, 2023)。
考虑到ND6基因的编码链与其他蛋白质编码基因不同, 且该基因蕴含的系统发育关系较弱(Luo et al, 2011)。因此, 本研究基于去除终止密码子后的12个蛋白质编码基因串联形成的序列矩阵作为遗传距离和系统分析的数据基础。基于Kimura双参数模型计算种间距离(图6), 并采用最大似然法和贝叶斯法构建系统发育树, 以推测类群的进化关系(图7)。
图6 基于K2P模型计算的蛇鳗科不同种间遗传距离

Fig. 6 The genetic distances between different species of Ophichthidae based on K2P model

图7 基于线粒体基因组12个蛋白质编码基因序列构建的蛇鳗科鱼类系统树

a. ML系统树; b. BI系统树 ML系统树中节点处的数字代表该分支的置信度, BI系统树中分支上的数字代表后验概率

Fig. 7 The phylogenetic trees based on concatenated nucleotide sequences of 12 PCGs in Ophichthidae species. (a) ML tree; (b) BI tree

基于遗传距离构建的热图可以看出, 克氏无鳍蛇鳗(Apterichtus klazingai)和半环平盖蛇鳗(Leiuranus semicinctus)的遗传距离最大(0.297), 而眼斑蛇鳗(Ophichthus polyophthalmus)和斑纹蛇鳗(Ophichthus erabo)间的遗传距离最小(0.128)。用于本研究的食蟹豆齿鳗与其他16种蛇鳗科鱼类遗传距离在0.161~0.281之间, 与小尾油鳗(Myrophis microchir) 遗传距离最大、与短尾蛇鳗(Ophichthus brevicaudatus)遗传距离最小。两种方法构建的系统树大致相同, 从中可以看出蛇鳗科鱼类分为3个支系, 呈现出属种间的交错聚类。在ML树中, 本研究使用的食蟹豆齿鳗与GenBank数据库中的同种鱼类首先聚类, 再与蛇鳗属的短尾蛇鳗(Ophichthus brevicaudatus)、艾氏蛇鳗(Ophichthus evermanni)和圆身蛇鳗(Ophichthus rotundus)聚为一支; 而在BI树中, 艾氏蛇鳗(Ophichthus evermanni)和短尾蛇鳗(Ophichthus brevicaudatus)的关系更近。眼斑蛇鳗(Ophichthus polyophthalmus)和斑纹蛇鳗(Ophichthus erabo)在两种方法构建的系统树中均单独聚类, 与其余3种蛇鳗属鱼类的亲缘关系较远。

3 讨论

3.1 食蟹豆齿鳗线粒体基因组结构特征

本研究利用高通量测序技术获得了全长17 650bp的食蟹豆齿鳗线粒体基因组全序列, 其长度位于已报道的鳗鲡目鱼类线粒体基因组长度范围区间内(Zhang et al, 2021)。从线粒体基因组4种碱基的组成来看, 呈现出明显的AT碱基偏好性和反G偏倚现象, 符合大多数硬骨鱼类碱基组成特点(Miya et al, 2003)。物种进化的过程中生存环境和选择压力作用导致的基因突变、随机遗传漂变、水平基因转移以及基因结构与特征等因素, 均会对线粒体基因组碱基使用的偏好性产生一定影响(钟东 等, 2002)。有研究表明, GC含量和基因的密度成正比关系, 具有较高GC含量的基因抵御外界环境变化的能力更强, 稳定性也更高(周慧琦, 2014)。并且位于重链上(H-strand)的线粒体基因更易发生水解和氧化(Brown et al, 1982)。在本研究中, 唯一位于轻链(L-strand)上的ND6基因GC含量在所有蛋白质编码基因中最高, 表明该基因具有相对的稳定性和特殊性, 这与梁日深 等(2022)对两种石斑鱼类线粒体基因组研究的结果一致。此外, 在食蟹豆齿鳗线粒体基因组的各组分中, 均存在G碱基含量偏低的现象, 而该现象在密码子第3位点尤为突出, 含量仅为9.62％。这与该位点所受的选择压力较小、碱基突变的频率相对较高有关, 但由于密码子的简并性, 该位点碱基在决定氨基酸特异性方面重要性较小, 从而有利于减少有害突变的出现(Hiller, 1978)。
食蟹豆齿鳗线粒体13个蛋白质编码基因中, 除COI基因的起始密码子为GTG外, 其余12个蛋白质编码基因的起始密码子均为ATG, 与大多数硬骨鱼类惯用的起始密码子相同。表明作为转录和翻译的起始, ATG密码子的效率最高, 是首选的起始密码子(Consuegra et al, 2015)。而终止密码子类型在种间的变化则较大, 以鳗鲡目鱼类COI基因为例, 艾氏蛇鳗(Ophichthus evermanni)以TAG作为终止密码子(宁子君 等, 2022), 短尾蛇鳗(Ophichthus brevicaudatus)、海鳗(Muraenesox cinereus)和星康吉鳗(Conger myriaster)以TAA作为终止密码子(Inoue et al, 2001b; Lü et al, 2019; Zhang et al, 2021), 日本康吉鳗(Anguilla japonica)以AGG作为终止密码子(Inoue et al, 2001a), 梅氏美体鳗(Ariosoma meeki)以AGA作为终止密码子(Huang et al, 2023), 而小裸胸鳝(Gymnothorax minor) 的终止密码子是不完全密码子T--(Song et al, 2018)。终止密码子残缺的现象在食蟹豆齿鳗线粒体蛋白质编码基因中也十分常见, 以不完全密码子T--和TA-的形式出现。一般来说, 终止密码子的不完全现象在后生动物中十分普遍, 而这些不完整终止密码子可以凭借转录后的聚腺苷酸化过程形成完整的终止密码子。终止密码子组成差异, 尤其是终止密码子的不完全现象或许可为生物的进化研究提供思路。通过对本研究中的几种蛇鳗科鱼类终止密码子组成和类型比较, 发现COII、ATP8和ND4L基因的终止密码子完全一致, 保守性最高, 其中仅COII基因均以T--结尾, 推测这3种基因更适合鳗鲡目不同科间分类阶元发育关系的探讨。而Cyt b基因的终止密码子种类最丰富, 共有6种(TAA、TAG、AGG、AGA、TA-和T--), 表明对于科下分类阶元而言, 该基因蕴含了较好的系统发育信息(Zardoya et al, 1996)。
rRNA是细胞内含量最丰富的一类RNA, 对蛋白质的生物合成和细胞功能调节具有重要意义, 由于在物种进化上较为保守, 常用于物种的分类和亲缘关系研究。如18S rRNA和28S rRNA基因可用于单细胞真核生物和寄生虫的分子鉴定(刘继兵 等, 2022; 陈慧林 等, 2023), 而16S rRNA基因常用来区分细菌微生物种属或分析其遗传变异位点(刘文强 等, 2006)。在鱼类分类学研究中, 12S rRNA基因在科及科以上阶元的系统发育关系研究中已得到广泛应用(Miya et al, 2015; 陈治 等, 2023)。例如, 刘焕章(2004)对鲤形目(Cypriniformes)鱼类5个科的代表类群的12S rRNA序列分析, 证实了鲤科(Cyprinidae)鱼类的单系性; 唐优良等(2011)基于12S rRNA序列片段对中国近海8种笛鲷科(Lutjanidae)鱼类的系统进化关系进行了探讨, 认为梅鲷科(Caesionidae)应并入笛鲷科, 而形态特征相似的2种笛鲷在亲缘关系上却相距较远; Pavan-Kumar等 (2014)使用长度为361bp的12S rRNA基因序列对30种板鳃亚纲(Elasmobranchii)鱼类进行了分子系统学研究, 进化树的拓扑结构显示鲨形总目(Selachomorpha)形成一个单系群, 鳐形总目(Batomorpha), 尤其是鲼形目(Myliobatiformes)鱼类能够得到较好地区分。由于RNA的稳定性与其自由能大小密切相关, 自由能绝对值越低, 其二级结构越稳定(刘毅敏 等, 2006)。本研究通过预测得到食蟹豆齿鳗线粒体16S rRNA最小自由能绝对值高于12S rRNA, 表明后者的保守性更强, 与艾氏蛇鳗(Ophichthus evermanni)(宁子君 等, 2022)、沙塘鳢(Odontobutis obscurus)(张燕萍 等, 2016)、兰州鲇(Silurus lanzhouensis)(连总强 等, 2017)、三角鲂(Megalobrama terminalis)(刘凯 等, 2020)的研究结果一致。因此, 12S rRNA可以作为辅助性分子标记, 用于蛇鳗科鱼类的分类鉴定研究。

3.2 食蟹豆齿鳗线粒体基因重排和双控制区现象

食蟹豆齿鳗线粒体基因排列顺序与已公布的蛇鳗科鱼类相似, 都发生了基因重排事件。线粒体基因重排现象在海洋鱼类中较为少见, 已报道的发生基因重排的海洋鱼类主要集中在鲽形目(Gong et al, 2013, 2020; Shi et al, 2013; 董江星 等, 2018)、鳗鲡目(Inoue et al, 2001b; Lü et al, 2019; 宁子君 等, 2022; Yang et al, 2023; Huang et al, 2023)以及少数南极鱼类(Papetti et al, 2007, 2021; Lin et al, 2012)和深海鱼类(Miya et al, 1999; Inoue et al, 2003; Poulsen et al, 2018)中。目前, 解释基因重排发生机制的模型主要包括: 串联复制-随机丢失(tandemduplication-random loss, TDRL)、串联复制-非随机丢失(tandem duplication-nonrandom loss, TDNL)、线粒体内的重组(intramitochondrial recombination)以及由tRNA基因错误起始引起的复制(tRNA miss-priming)(龚理 等, 2013)。其中, 鳗鲡目鱼类发生基因重排的原因较为复杂, 既有基因的重排, 又有基因的易位(申欣 等, 2014)。已有研究倾向于使用TDRL模型来解释蛇鳗科鱼类线粒体基因重机制, 即“ND6-tRNA-Glu (E)-Cyt b-tRNA-Thr (T)-tRNA-Pro (P)-D-loop”作为一个整体发生了一次复制事件, 并随机删除了部分基因序列形成了目前的排列格局(Lü et al, 2019; 宁子君 等, 2022; Yang et al, 2023)。一般来说, 近缘种间的线粒体基因排列次序相对较保守。Inoue等(2001b)对比分析了与星康吉鳗同一亚目的4种鱼类mtDNA序列差异, 发现相同的基因排列顺序, 提示这5种鱼类起源于一个共同祖先。本研究发现, 蛇鳗科鱼类均表现出相同的线粒体基因重排方式, 表明该类群鱼类在线粒体基因组进化上的趋同性和保守性, 因此, 推测线粒体基因的排布能够为评估蛇鳗科鱼类系统发生关系提供重要参考信息。
控制区是mtDNA复制和转录的关键区域, 因受到较小的选择压力且进化速度较快, 具有丰富的多态性, 可作为生物遗传多样性研究的有力工具(Lee et al, 1995)。但与常见的硬骨鱼类不同, 食蟹豆齿鳗线粒体基因组存在两个控制区。这种双控制区模式在脊椎动物中的两栖类、爬行类和鸟类中较为常见, 鱼类中只有花斑溪鳉(Rivulus marmoratus)和部分鲆鲽类有类似现象(Lee et al, 2001; Li et al, 2015)。大多数情况下, 重复的两个控制区在同一物种中显示出高度的序列相似性, 并且同一物种的不同个体间两个控制区的相似程度远大于不同物种单个控制区间的相似度, 这种现象通常被认为是控制区的协同演化(Shao et al, 2005)。而不同个体之间相同控制区的直系同源拷贝关系比同一个体的两个并系同源拷贝控制区之间更为密切, 则表现为独立演化(Eberhard et al, 2001)。本研究中食蟹豆齿鳗线粒体两个控制区同源性不高, 远没有达到艾氏蛇鳗(Ophichthus evermanni)和斑纹蛇鳗(Ophichthus erabo) 94.5%和88.6%的序列相似度(Yang et al, 2023), 这一现象或许与倍增过程中不精确的终止或滑链错误引发的复制错误有关(Kumazawa et al, 1993)。食蟹豆齿鳗对盐度变化具有一定的耐受力, 能够在河口或潟湖区生存, 偶尔甚至可以上溯至淡水区域。这种特殊的双控制区演化模式可能与其独特的生存方式和对环境较强的适应性有关。推测蛇鳗科鱼类的双控制区演化过程中或许存在协同演化(concerted evolution)和独立演化(independent evolution)两种方式。这一现象与爬行动物中的蛇类相似, 前者广泛存在大部分类群中, 而后者仅发生在少部分类群中(钱立富, 2018)。

3.3 蛇鳗科种间遗传距离和系统进化关系探讨

采用MEGA软件计算得出17种蛇鳗科鱼类K2P遗传距离在0.128~0.297之间, 序列间具有明显差异性, 符合Hebert等(2003)提出的种间遗传差异大于2%的原则。并且本研究样本与GenBank序列号为AP019350的同种鱼类间的遗传距离为0.020, 种内遗传距离远小于种间遗传距离, 能够形成明显的条形码间隙(barcoding gap)(Hebert et al, 2004)。因此, 在蛇鳗科鱼类的分类学研究中, 可以考虑使用线粒体12蛋白编码基因的串联序列作为分子标记。此外, 食蟹豆齿鳗与短尾蛇鳗(Ophichthus brevicaudatus)遗传距离最小, 两者的亲缘关系较近, 与系统树呈现出的拓扑结构一致, 但从分支的节点位置来看, 推测食蟹豆齿鳗可能是蛇鳗科鱼类中分化时间较晚的种类, 而发生遗传分化的大致时间, 还需要结合化石资料进一步深入研究。此外, 蛇鳗属内不同种类并未聚到一起, 而是分成2个分支。其中, 眼斑蛇鳗(Ophichthus polyophthalmus)和斑纹蛇鳗(Ophichthus erabo)与光唇鳗属、沙蛇鳗属以及短体鳗属的鱼类聚到一起。与刘东(2005)根据嗅觉器官和其他性状的形态特征构建的蛇鳗科鱼类系统发育树结果类似, 即蛇鳗属内种间不明显的聚类关系暗示它们来自于不同的祖先, 应为一多系群(polyphyletic group)。

4 结论

本研究基于高通量测序平台获得了长度为17650bp的食蟹豆齿鳗线粒体基因组全序列。4种碱基的含量为31.72%(A)、26.44%(C)、26.26%(G)和15.58%(T), 呈现出明显的A+T富集。与大多数硬骨鱼类不同, 该鱼类线粒体部分基因发生了重排事件, 利用TDRL模型能够较好地解释这一现象。通过对比分析发现, 相似的基因重排在蛇鳗科鱼类中十分常见, 表明该类群鱼类线粒体基因的排列序位具有趋同性, 是其进化过程中的一个重要分子“标签”。科内属间系统进化关系显示蛇鳗属鱼类可能起源于不同祖先, 食蟹豆齿鳗与短尾蛇鳗、艾氏蛇鳗亲缘关系最近, 在该类群发生遗传分化的时间较晚。研究结果为进一步查明蛇鳗科鱼类系统进化关系、厘清食蟹豆齿鳗分类地位提供了参考。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
[1]
陈慧林, 朱永航, 范海页, 等, 2023. 基于18S和28S rDNA基因的房舍甲螨DNA条形码比较研究[J]. 中国寄生虫学与寄生虫病杂志, 41(2): 163-169.

DOI

CHEN HUILIN, ZHU YONGHANG, FAN HAIYE, et al, 2023. Comparative study on DNA barcoding of house oribatid mites based on the 18S and 28S ribosomal DNA gene[J]. Chinese Journal of Parasitology and Parasitic Diseases, 41(2): 163-169 (in Chinese with English abstract).

DOI

[2]
陈治, 高天翔, 2023. 线粒体12S与COI条形码对海洋鱼类的鉴定差异[J]. 海南热带海洋学院学报, 30(2): 10-16.

CHEN ZHI, GAO TIANXIANG, 2023. Differences in the identification of marine fish by mitochondrial 12S and COI barcodes[J]. Journal of Hainan Tropical Ocean University, 30(2): 10-16 (in Chinese with English abstract).

[3]
邓家刚, 2008. 广西海洋药物[M]. 南宁: 广西科学技术出版社.

DENG JIAGANG, 2008. Guangxi marine medicine[M]. Nanning: Guangxi Science and Technology Publishing House (in Chinese).

[4]
董江星, 时伟, 孔晓瑜, 等, 2018. 褐斜鲽(Plagiopsetta glossa)线粒体基因组特征及重排机制研究[J]. 热带海洋学报, 37(1): 1-11.

DOI

DONG JIANGXING, SHI WEI, KONG XIAOYU, et al, 2018. Characteristic analysis of the complete mitogenome of Plagiopsetta glossa and a possible mechanism for gene rearrangement[J]. Journal of Tropical Oceanography, 37(1): 1-11 (in Chinese with English abstract).

[5]
龚理, 时伟, 司李真, 等, 2013. 鱼类线粒体DNA重排研究进展[J]. 动物学研究, 34(6): 666-673.

GONG LI, SHI WEI, SI LIZHEN, et al, 2013. Rearrangement of mitochondrial genome in fishes[J]. Zoological Research, 34(6): 666-673 (in Chinese with English abstract).

[6]
郭新红, 刘少军, 刘巧, 等, 2004. 鱼类线粒体DNA研究新进展[J]. 遗传学报, 31(9): 983-1000.

GUO XINHONG, LIU SHAOJUN, LIU QIAO, et al, 2004. New progresses on mitochondrial DNA in fish[J]. Journal of Genetics and Genomics, 31(9): 983-1000 (in Chinese with English abstract).

[7]
连总强, 滚双宝, 李力, 等, 2017. 基于第二代测序技术兰州鲇线粒体基因组全序列测定与分析[J]. 水生生物学报, 41(2): 334-345.

LIAN ZONGQIANG, GUN SHUANGBAO, LI LI, et al, 2017. Sequencing and analysis of the complete mitochondrial genome of Silurus lanzhouensis based on next generation sequencing technologies[J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 41(2): 334-345 (in Chinese with English abstract).

[8]
梁日深, 杨杰銮, 谢瑞琳, 等, 2022. 巨石斑鱼与斜带石斑鱼线粒体基因组测序及物种有效性分析[J]. 中国海洋大学学报, 52(6): 50-61.

LIANG RISHEN, YANG JIELUAN, XIE RUILIN, et al, 2022. Complete mitochondrial genomes of Epinephelus tauvina and E. coioides and their species validity[J]. Periodical of Ocean University of China, 52(6): 50-61 (in Chinese with English abstract).

[9]
林龙山, 张静, 宋普庆, 等, 2013. 东山湾及其邻近海域常见游泳动物[M]. 北京: 海洋出版社.

LIN LONGSHAN, ZHANG JING, SONG PUQING, et al, 2013. Nekton in Dongshan Bay and adjacent areas, China[M]. Beijing: China Ocean Press (in Chinese).

[10]
刘东, 2005. 中国蛇鳗科鱼类嗅觉器官的比较形态学及其系统发育研究[D]. 上海: 上海海洋大学.

LIU DONG, 2005. Study on comparative morphology of the olfactory organ and phylogeny of the snake-eel fishes from China[D]. Shanghai: Shanghai Ocean University (in Chinese with English abstract).

[11]
刘焕章, 2004. 用mtDNA 12S rRNA序列变异检验鲤形目鱼类系统发育关系[J]. 遗传学报, 31(2): 137-142.

LIU HUANZHANG, 2004. Phylogenetic relationships of the Cypriniformes tested by mtDNA 12S rRNA sequence variations[J]. Acta Genetica Sinica, 31(2): 137-142 (in Chinese with English abstract).

[12]
刘继兵, 赵洪喜, 2022. 基于18S rRNA的胎毛滴虫感染PCR诊断方法的建立[J]. 中国寄生虫学与寄生虫病杂志, 40(5): 682-685.

DOI

LIU JIBING, ZHAO HONGXI, 2022. Development of PCR diagnostic method for Trichomonas foetus infection based on 18S rRNA[J]. Chinese Journal of Parasitology and Parasitic Diseases, 40(5): 682-685 (in Chinese with English abstract).

[13]
刘凯, 冯晓宇, 马恒甲, 等, 2020. 钱塘江三角鲂线粒体基因组测序及其结构特征分析[J]. 浙江农业学报, 32(9): 1591-1608.

DOI

LIU KAI, FENG XIAOYU, MA HENGJIA, et al, 2020. Complete sequence and gene organization of mitochondrial genome of Megalobrama terminalis from Qiantang River[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 32(9): 1591-1608 (in Chinese with English abstract).

DOI

[14]
刘文强, 贾玉萍, 赵宏坤, 2006. 16 S rRNA在细菌分类鉴定研究中的应用[J]. 动物医学进展, 27(11): 15-18.

LIU WENQIANG, JIA YUPING, ZHAO HONGKUN, 2006. Progress on identification and classification of bacteria by means based on 16 S rRNA[J]. Progress in Veterinary Medicine, 27(11): 15-18 (in Chinese with English abstract).

[15]
刘毅敏, 赵先英, 王祥智, 等, 2006. 基于自由能的生物大分子结构研究[J]. 化学世界, 47(8): 508-510.

LIU YIMIN, ZHAO XIANYING, WANG XIANGZHI, et al, 2006. Study of the structure of biological macromolecules based on free energy[J]. Chemical World, 47(8): 508-510 (in Chinese with English abstract).

[16]
宁子君, 刘玉萍, 张书飞, 等, 2022. 艾氏蛇鳗线粒体基因组全序列结构分析和系统发育关系探讨[J]. 中国水产科学, 29(9): 1264-1276.

NING ZIJUN, LIU YUPING, ZHANG SHUFEI, et al, 2022. Structural analysis and phylogenetic relationships of Ophichthus evermanni based on the complete mitochondrial genome sequence[J]. Journal of Fishery Sciences of China, 29(9): 1264-1276 (in Chinese with English abstract).

[17]
钱立富, 2018. 蛇类线粒体基因组结构演化研究及原矛头蝮属生物地理学分析[D]. 合肥: 安徽大学.

QIAN LIFU, 2018. Evolution of the mitochondrial genome structure in snake, with the biogeography analysis of Protobothrops[D]. Hefei: Anhui University (in Chinese with English abstract).

[18]
申欣, 田美, 孟学平, 等, 2014. 鳗鲡目鱼类线粒体蛋白质编码基因易位及系统演化关系分析[J]. 海洋学报, 36(4): 73-81.

SHEN XIN, TIAN MEI, MENG XUEPING, et al, 2014. Eels mitochondrial protein-coding genes translocation and phylogenetic relationship analyses[J]. Acta Oceanologica Sinica, 36(4): 73-81 (in Chinese with English abstract).

[19]
唐文乔, 张春光, 2004. 蛇鳗科分类综述及中国蛇鳗科系统分类(鱼纲, 鳗鲡目)[J]. 上海水产大学学报, 13(1): 16-22.

TANG WENQIAO, ZHANG CHUNGUANG, 2004. A taxonomic study on snake eel family Ophichthidae in China with the review of Ophichthidae (Pisces, Anguiliformes)[J]. Journal of Shanghai Fisheries University, 13(1): 16-22 (in Chinese with English abstract).

[20]
唐优良, 章群, 余帆洋, 等, 2011. 基于12S rRNA部分序列分析的中国8种笛鲷科鱼类系统发育初探[J]. 海洋科学, 35(2): 22-26.

TANG YOULIANG, ZHANG QUN, YU FANYANG, et al, 2011. Phylogeny of eight snappers (Lutjanidae) in Chinese coastal waters inferred from partial mtDNA 12S rRNA sequences[J]. Marine Sciences, 35(2): 22-26 (in Chinese with English abstract).

[21]
杨婧, 黄原, 2016. 线粒体基因组的高通量测序策略[J]. 生命科学, 28(1): 112-117.

YANG JING, HUANG YUAN, 2016. Strategy of high-throughput sequencing technology in the mitochondrial genome sequencing[J]. Chinese Bulletin of Life Sciences, 28(1): 112-117 (in Chinese with English abstract).

[22]
张燕萍, 郑红梅, 邵芳, 等, 2016. 沙塘鳢线粒体基因组全序列的测定和分析[J]. 常熟理工学院学报(自然科学), 30(4): 97-104.

ZHANG YANPING, ZHENG HONGMEI, SHAO FANG, et al, 2016. Sequencing and analysis of the complete mitochondrial genome of Odontobutis[J]. Journal of Changshu Institute Technology (Natural Sciences), 30(4): 97-104 (in Chinese with English abstract).

[23]
张稚兰, 林汝榕, 邢炳鹏, 2017. COI基因序列在蛇鳗科鱼类种类鉴定中的适用性研究[J]. 应用海洋学学报, 36(3): 411-416.

ZHANG ZHILAN, LIN RURONG, XING BINGPENG, 2017. Suitability analysis of mitochondrial COI gene used as DNA barcode for Ophichthyidae[J]. Journal of Applied Oceanography, 36(3): 411-416 (in Chinese with English abstract).

[24]
钟东, 赵贵军, 张振书, 等, 2002. 基因组内碱基分布整体均衡与局部不均衡的研究进展[J]. 遗传, 24(3): 351-355.

ZHONG DONG, ZHAO GUIJUN, ZHANG ZHENSHU, et al, 2002. Advance in the entire balance and local unbalance of base distribution in genome[J]. Hereditas (Beijing), 24(3): 351-355 (in Chinese with English abstract).

[25]
周慧琦, 2014. 基因组GC含量与碱基、密码子和氨基酸使用偏好的关系[D]. 成都: 电子科技大学.

ZHOU HUIQI, 2014. Analysis of the relationship between genomic GC content and patterns of base usage, codon usage and amino acid usage in prokaryotes[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China (in Chinese with English abstract).

[26]
邹新慧, 葛颂, 2008. 基因树冲突与系统发育基因组学研究[J]. 植物分类学报, 46(6): 795-807.

ZOU XINHUI, GE SONG, 2008. Conflicting gene trees and phylogenomics[J]. Journal of Systematics and Evolution, 46(6): 795-807 (in Chinese with English abstract).

[27]
ARCHANA K, SATHYAN N, CHAITHANYA E R, et al, 2017. Longfin snake eel, Pisodonophis cancrivorus (Richardson, 1848), as a potential source of antimicrobial peptides[J]. Journal of the Marine Biological Association of India, 58(2): 28-32.

[28]
BROWN W M, PRAGER E M, WANG A, et al, 1982. Mitochondrial DNA sequences of primates: tempo and mode of evolution[J]. Journal of Molecular Evolution, 18(4): 225-239.

PMID

[29]
CHEN CHENGYAO, 2014. DNA polymerases drive DNA sequencing-by-synthesis technologies: both past and present[J]. Frontiers in Microbiology, 5: 305.

[30]
CONSUEGRA S, JOHN E, VERSPOOR E, et al, 2015. Patterns of natural selection acting on the mitochondrial genome of a locally adapted fish species[J]. Genetics Selection Evolution, 47(1): 58.

[31]
DIERCKXSENS N, MARDULYN P, SMITS G, 2017. NOVOPlasty: de novo assembly of organelle genomes from whole genome data[J]. Nucleic Acids Research, 45(4): e18.

[32]
EBERHARD J R, WRIGHT T F, BERMINGHAM E, 2001. Duplication and concerted evolution of the mitochondrial control region in the parrot genus Amazona[J]. Molecular Biology and Evolution, 18(7): 1330-1342.

[33]
EDGAR R C, 2004. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput[J]. Nucleic Acids Research, 32(5): 1792-1797.

DOI PMID

[34]
FELSENSTEIN J, 1985. Confidence limits on phylogenies: an approach using the bootstrap[J]. Evolution, 39(4): 783-791.

DOI PMID

[35]
GONG LI, LU XINTING, LUO HAIRONG, et al, 2020. Novel gene rearrangement pattern in Cynoglossus melampetalus mitochondrial genome: new gene order in genus Cynoglossus (Pleuronectiformes: Cynoglossidae)[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 149: 1232-1240.

[36]
GONG LI, SHI WEI, WANG ZHONGMING, et al, 2013. Control region translocation and a tRNA gene inversion in the mitogenome of Paraplagusia japonica (Pleuronectiformes: Cynoglossidae)[J]. Mitochondrial DNA, 24(6): 671-673.

[37]
GUINDON S, GASCUEL O, 2003. A simple, fast, and accurate algorithm to estimate large phylogenies by maximum likelihood[J]. Systematic Biology, 52(5): 696-704.

DOI PMID

[38]
HEBERT P D N, CYWINSKA A, BALL S L, et al, 2003. Biological identifications through DNA barcodes[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 270(1512): 313-321.

DOI PMID

[39]
HEBERT P D N, PENTON E H, BURNS J M, et al, 2004. Ten species in one: DNA barcoding reveals cryptic species in the neotropical skipper butterfly Astraptes fulgerator[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(41): 14812-14817.

[40]
HILLER H L, 1978. Codon degeneracy and amino acid composition[J]. Journal of Theoretical Biology, 74(4): 599-601.

[41]
HUANG YOUKUN, ZHU KEHUA, YANG YAWEI, et al, 2023. Comparative analysis of complete mitochondrial genome of Ariosoma meeki (Jordan and Snider, 1900), revealing gene rearrangement and the phylogenetic relationships of Anguilliformes[J]. Biology, 12(3): 348.

[42]
HUELSENBECK J P, RONQUIST F, 2001. MRBAYES: Bayesian inference of phylogenetic trees[J]. Bioinformatics, 17(8): 754-755.

DOI PMID

[43]
HUSSAIN S M, KHATOON Z, 2000. Morphology and systematic study of two rare eel fishes Pisodonophis boro (Hamilton Buchanan, 1822) and P. cancrivorus (Richardson, 1844) from Northern Arabian Sea[J]. Pakistan Journal of Biological Sciences, 6(1): 31-36.

[44]
INOUE J G, MIYA M, AOYAMA J, et al, 2001a. Complete mitochondrial DNA sequence of the Japanese eel Anguilla japonica[J]. Fisheries Science, 67(1): 118-125.

[45]
INOUE J G, MIYA M, TSUKAMOTO K, et al, 2001b. Complete mitochondrial DNA sequence of Conger myriaster (Teleostei: Anguilliformes): novel gene order for vertebrate mitochondrial genomes and the phylogenetic implications for Anguilliform families[J]. Journal of Molecular Evolution, 52(4): 311-320.

[46]
INOUE J G, MIYA M, TSUKAMOTO K, et al, 2003. Evolution of the deep-sea gulper eel mitochondrial genomes: large-scale gene rearrangements originated within the eels[J]. Molecular Biology and Evolution, 20(11): 1917-1924.

PMID

[47]
IWASAKI W, FUKUNAGA T, ISAGOZAWA R, et al, 2013. MitoFish and MitoAnnotator: a mitochondrial genome database of fish with an accurate and automatic annotation pipeline[J]. Molecular Biology and Evolution, 30(11): 2531-2540.

DOI PMID

[48]
KUMAZAWA Y, NISHIDA M, 1993. Sequence evolution of mitochondrial tRNA genes and deep-branch animal phylogenetics[J]. Journal of Molecular Evolution, 37(4): 380-398.

PMID

[49]
LEE J S, MIYA M, LEE Y S, et al, 2001. The complete DNA sequence of the mitochondrial genome of the self-fertilizing fish Rivulus marmoratus (Cyprinodontiformes, Rivulidae) and the first description of duplication of a control region in fish[J]. Gene, 280(1-2): 1-7.

[50]
LEE W J, CONROY J, HOWELL W H, et al, 1995. Structure and evolution of teleost mitochondrial control regions[J]. Journal of Molecular Evolution, 41(1): 54-66.

PMID

[51]
LI DONGHE, SHI WEI, MUNROE T A, et al, 2015. Concerted evolution of duplicate control regions in the mitochondria of species of the flatfish family Bothidae (Teleostei: Pleuronectiformes)[J]. PLoS One, 10(8): e0134580.

[52]
LIN CHUYIN, LIN WENWEN, KAO H W, 2012. The complete mitochondrial genome of the mackerel icefish, Champsocephalus gunnari (Actinopterygii: Channichthyidae), with reference to the evolution of mitochondrial genomes in Antarctic notothenioids[J]. Zoological Journal of the Linnean Society, 165(3): 521-533.

[53]
LOWE T M, EDDY S R, 1997. tRNAscan-SE: a program for improved detection of transfer RNA genes in genomic sequence[J]. Nucleic Acids Research, 25(5): 955-964.

DOI PMID

[54]
LÜ ZHENMING, ZHU KEHUA, JIANG HUI, et al, 2019. Complete mitochondrial genome of Ophichthus brevicaudatus reveals novel gene order and phylogenetic relationships of Anguilliformes[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 135: 609-618.

[55]
LUO ARONG, ZHANG AIBING, HO S Y W, et al, 2011. Potential efficacy of mitochondrial genes for animal DNA barcoding: a case study using eutherian mammals[J]. BMC Genomics, 12: 84.

DOI PMID

[56]
MARTIN M, 2011. Cutadapt removes adapter sequences from high-throughput sequencing reads[J]. EMBnet Journal, 17(1): 10-12.

[57]
MCCOSKER J F, 1977. The osteology, classification, and relationships of the eel family Ophichthidae[J]. Proceedings of the California Academy of Sciences, 41(1): 1-123.

[58]
MIYA M, NISHIDA M, 1999. Organization of the mitochondrial genome of a deep-sea fish, Gonostoma gracile (Teleostei: Stomiiformes): first example of transfer RNA gene rearrangements in bony fishes[J]. Marine Biotechnology, 1(5): 416-426.

[59]
MIYA M, TAKESHIMA H, ENDO H, et al, 2003. Major patterns of higher teleostean phylogenies: a new perspective based on 100 complete mitochondrial DNA sequences[J]. Molecular Phylogenetics and Evolution, 26(1): 121-138.

PMID

[60]
MIYA M, SATO Y, FUKUNAGA T, et al, 2015. MiFish, a set of universal PCR primers for metabarcoding environmental DNA from fishes: detection of more than 230 subtropical marine species[J]. Royal Society Open Science, 2(7): 150088.

[61]
OJALA D, MERKEL C, GELFAND R, et al, 1980. The tRNA genes punctuate the reading of genetic information in human mitochondrial DNA[J]. Cell, 22(2): 393-403.

[62]
PAPETTI C, LIÒ P, RÜBER L, et al, 2007. Antarctic fish mitochondrial genomes lack ND6 gene[J]. Journal of Molecular Evolution, 65(5): 519-528.

[63]
PAPETTI C, BABBUCCI M, DETTAI A, et al, 2021. Not frozen in the ice: large and dynamic rearrangements in the mitochondrial genomes of the Antarctic fish[J]. Genome Biology and Evolution, 13(3): evab017.

[64]
PAVAN-KUMAR A, GIREESH-BABU P, BABU P P S, et al, 2014. Molecular phylogeny of elasmobranchs inferred from mitochondrial and nuclear markers[J]. Molecular Biology Reports, 41(1): 447-457.

[65]
PERNA N T, KOCHER T D, 1995. Patterns of nucleotide composition at fourfold degenerate sites of animal mitochondrial genomes[J]. Journal of Molecular Evolution, 41(3): 353-358.

DOI PMID

[66]
POSADA D, 2008. jModelTest: phylogenetic model averaging[J]. Molecular Biology and Evolution, 25(7): 1253-1256.

DOI PMID

[67]
POULSEN J Y, MILLER M J, SADO T, et al, 2018. Resolving deep-sea pelagic saccopharyngiform eel mysteries: Identification of Neocyema and Monognathidae leptocephali and establishment of a new fish family "Neocyematidae" based on larvae, adults and mitogenomic gene orders[J]. PLoS One, 13(7): e0199982.

[68]
SAMBROOK J, FRITSCH E F, MANIATIS T, 1989. Molecular cloning: a laboratory manual[M]. 2nd ed. Now York: Cold Spring Harbor Laboratory Press.

[69]
SEUTIN G, LANG B F, MINDELL D P, et al, 1994. Evolution of the WANCY region in amniote mitochondrial DNA[J]. Molecular Biology and Evolution, 11(3): 329-340.

PMID

[70]
SHAO RENFU, BARKER S C, MITANI H, et al, 2005. Evolution of duplicate control regions in the mitochondrial genomes of metazoa: a case study with Australasian Ixodes ticks[J]. Molecular Biology and Evolution, 22(3): 620-629.

[71]
SHI WEI, DONG XIAOLI, WANG ZHONGMING, et al, 2013. Complete mitogenome sequences of four flatfishes (Pleuronectiformes) reveal a novel gene arrangement of L-strand coding genes[J]. BMC Evolutionary Biology, 13: 173.

DOI PMID

[72]
SONG S L, YONG H S, LOH K H, et al, 2018. Mitogenome of Gymnothorax minor and phylogenetic relationship with its congeners and related Genera (Anguilliformes: Muraenidae)[J]. Sains Malaysiana, 47(10): 2519-2531.

[73]
TAMURA K, STECHER G, KUMAR S, 2021. MEGA11: molecular evolutionary genetics analysis version 11[J]. Molecular Biology and Evolution, 38(7): 3022-3027.

DOI PMID

[74]
WANG C H, KUO C H, MOK H K, et al, 2003. Molecular phylogeny of elopomorph fishes inferred from mitochondrial 12S ribosomal RNA sequences[J]. Zoologica Scripta, 32(3): 231-241.

[75]
YANG TIANYAN, LIU YUPING, NING ZIJUN, 2023. Comparative mitogenomic analysis of two snake eels reveals irregular gene rearrangement and phylogenetic implications of Ophichthidae[J]. Animals, 13(3): 362.

[76]
ZARDOYA R, MEYER A, 1996. Phylogenetic performance of mitochondrial protein-coding genes in resolving relationships among vertebrates[J]. Molecular Biology and Evolution, 13(7): 933-942.

DOI PMID

[77]
ZHANG KUN, ZHU KEHUA, LIU YIFAN, et al, 2021. Novel gene rearrangement in the mitochondrial genome of Muraenesox cinereus and the phylogenetic relationship of Anguilliformes[J]. Scientific Reports, 11(1): 2411.

Options
文章导航

/

〈 〉