5分+细胞器基因组好文！多线南蜥线粒体基因组及比较基因组研究

一、研究背景


多线南蜥（Eutropis multifasciata）是石龙子科（Scincidae）南蜥属物种，仅分布在热带。本研究旨在获得多线南蜥的完整线粒体基因组，并与其他石龙子科物种的线粒体基因组进行比较分析，以深入了解它们的进化关系。

二、实验设计

本研究基于Illumina测序，通过denovo组装获得多线南蜥的完整线粒体基因组，并与其他石龙子科物种的线粒体基因组进行选择压力分析、密码子偏好性分析、tRNA二级结构以及系统进化树等比较基因组分析。

三、主要结果

1、多线南蜥线粒体基因组的大小和结构特征

多线南蜥线粒体基因组是一个长度为17,062 bp的环状DNA分子（图1）。它的线粒体基因组由13个蛋白质编码基因（PCGs）、2个rRNAs（12SrRNA和16SrRNA）、22个tRNAs和一个位于tRNA-pro和tRNA-phe之间的控制区（1,638 bp）组成，A+T含量为58.91%（表1）。

表1 多线南蜥线粒体基因组的注释信息

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图1 多线南蜥线粒体基因组圈图

2、蛋白质编码基因

所有PCGs的总长度（11,394bp）占多线南蜥线粒体基因组整个长度的66.78%。平均未校正的成对距离表明每个基因的进化速率存在异质性，COI（0.24）、COIII（0.27）和COII（0.27）的距离较短，因此进化较慢，而ATP8（0.50）的速率最快（表2）。
ts/tv比值从ND6（1.19）到COI（2.08）不等。每个PCG的Ka（非同义突变率）、Ks（同义突变率）和Ka/Ks比值表明，12个PCGs的Ka/Ks比值均小于1.00，说明其进化过程中处于进化选择状态。

表2 通过基因计算的石龙子下目（Scincomorpha）线粒体基因和物种之间的进化速率和模式

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3、密码子的使用

密码子使用分析表明，最常见的起始密码子为ATG，占起始密码子的84.12%，其次是GTG（12.44%）（图2）。最常见的终止密码子是TAA，不完整终止密码子主要是TA-和T-，这些不完整终止密码子基因可以通过转录后多腺苷酸化终止。多线南蜥13个PCGs中，最常用的氨基酸密码子是亮氨酸（16.11%），PCG的碱基组成显示出较高的A和C含量，并且偏好在第三个密码子位置使用A或C（图3）。
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图2 石龙子下目13个线粒体蛋白编码基因中起始密码子和终止密码子的使用

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图3 三种石龙子科线粒体PCGs的密码子数量和相对同义密码子使用情况（RSCU）

4、tRNA和rRNA

除tRNA-Ser2（GCU）外（二氢尿嘧啶核苷臂缺失），所有tRNAs都可以折叠成典型的三叶草二级结构（图4）。最常见的摆动错配是G-U摆动碱基对（总共24个），其次是A-C碱基对（共8个，图4）。在H链上鉴定出2种核糖体RNAs，16S rRNA和12S rRNA基因的长度分别为1516bp和958bp，两个rRNA基因的A+T含量均为56.6%，且AT-偏移均为正值（0.247）。
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图4 多线南蜥tRNAs结构预测

5、系统发育关系

系统发育分析表明，通过ML和BI生成的进化树在拓扑结构上基本一致，产生了具有石龙子下目三个进化枝（（Scincoidea + Lacertoidea（part））+眼镜蜥科））的系统发育树，同一科的物种聚集一起。
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图5 基于线粒体基因（连接13个PCGs和2个rRNAs）的贝叶斯推断（BI）分析的系统发育树

四、主要结论

本研究提供了第一个石龙子南蜥亚科Mabuyinae的多线南蜥物种线粒体基因组参考材料。其线粒体基因组的长度小于大多数石龙子下目种的长度，完整线粒体基因组长度的差异主要由控制区域长度的变化驱动。未来的研究应集中于对其他的石龙子亚科的物种多样性进行测序，这将为这一有趣和生态上重要的群体提供更好的系统发育地位研究。

参考文献：

Characterization of the complete mitochondrial genome of the many-lined sun skink（Eutropis multifasciata）and comparison with other Scincomorpha species. Genomics, 2021.

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