劉慧慧, 李恩杰, 曹亮明, 包青春, 王小林, 辛學兵, 楊忠岐,*

(1. 中國林業(yè)科學研究院華北林業(yè)實驗中心, 北京九龍山暖溫帶森林國家長期科研基地, 北京102300;2. 中國林業(yè)科學研究院森林生態(tài)環(huán)境與保護研究所, 國家林業(yè)和草原局森林保護學重點實驗室, 北京100091;3. 內(nèi)蒙古科爾沁右翼中旗五角楓自然保護區(qū)管理局, 興安盟 137400)

廣肩小蜂科(Eurytomidae)在全世界廣泛分布,目前分為3個亞科:海廣肩小蜂亞科(Hemibrinae)、腫腿廣肩小蜂亞科(Rileyinae)和廣肩小蜂亞科(Eurytominae)(Gauld and Bolton, 1988; 楊忠岐, 1992)。該科全世界記載了87屬1 500多種(Gatesetal., 2006; Gates, 2007; Lotfalizadehetal., 2007; Noyes, 2023),其中絕大部分屬于廣肩小蜂亞科。廣肩小蜂科大部分種類為寄生性,少數(shù)為植食性。廣肩小蜂屬Eurytoma是該科中最大的一個屬,其大多數(shù)種類寄生于其他昆蟲(絕大多數(shù)為害蟲)體上,寄主類群包括鞘翅目(Coleoptera)、雙翅目(Diptera)、鱗翅目(Lepidoptera)、膜翅目(Hymenoptera)等昆蟲。癭廣肩小蜂屬Sycophila是該科中的另外一個屬,主要寄生于膜翅目癭蜂科(Cynipidae)昆蟲。截至目前,全世界已知廣肩小蜂屬702種和癭廣肩小蜂屬119種(Gauld and Bolton, 1988; Gates, 2007; Noyes, 2023)。由于廣肩小蜂屬具有重要的生物防治價值,應對其進行深入研究,以發(fā)掘該天敵類群的生物防治價值和利用于生物防治。

元寶楓Acertruncatum屬于槭樹科(Aceraceae)槭樹屬Acer多年生落葉亞喬木,作為我國特有的珍貴木本油料樹種,不僅是我國園林綠化重要樹種,也被廣泛用于荒山造林和治理荒漠化。元寶楓材質(zhì)優(yōu)良,在我國分布廣,適應性強,其種子和葉片等產(chǎn)生的多種產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于化工、醫(yī)藥、食品、化妝品等領域。更有價值的是,元寶楓籽油中含有豐富的神經(jīng)酸(順-15-二十四碳單烯酸),在治療和預防人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病上具有良好的藥用和保健作用,我國目前正在開展利用元寶楓籽油研制治療帕金森癥、老年癡呆癥等神經(jīng)性疾病的藥物(王性炎, 2013)。然而,我國最大的元寶楓采種基地——內(nèi)蒙古科爾沁沙漠4 000 hm2的天然元寶楓林,近年來遭受一種象甲的嚴重危害,經(jīng)我們調(diào)查,明確其為象甲科的元寶楓籽象Bradybatussp.。這種害蟲在元寶楓翅果中蛀食元寶楓種仁。2021年經(jīng)我們調(diào)查顯示,內(nèi)蒙古興安盟代欽塔拉保護區(qū)85%以上元寶楓種仁被其蛀食一空,導致元寶楓種子幾乎絕收。為了利用天敵對這種隱秘性生活的重大害蟲進行無公害防治,我們同時也對元寶楓籽象天敵區(qū)系進行了調(diào)查,發(fā)現(xiàn)1種寄生其幼蟲、蛹甚至剛羽化的成蟲的小蜂。經(jīng)過我們分類研究,確定該物種為廣肩小蜂科(Eurytomidae)廣肩小蜂亞屬Eurytoma的一個新種——元寶楓刺脛廣肩小蜂EurytomaacutibialisYang, LiuetCao。該種對元寶楓籽象寄生率高達45%,在自然控制該害蟲上發(fā)揮著重要作用。鑒于元寶楓刺脛廣肩小蜂是元寶楓重大種實害蟲元寶楓籽象的優(yōu)勢寄生蜂,為了進一步明確該小蜂的分類地位和其與相近種的親緣關系,我們測定和分析了該小蜂的線粒體全基因組序列,為膜翅目小蜂總科廣肩小蜂科昆蟲系統(tǒng)分類和發(fā)育關系等研究提供分子生物學證據(jù)。

昆蟲線粒體基因組具有母系遺傳、長度短、排列較為保守和進化速率快等特點,被廣泛應用于膜翅目昆蟲的物種界定、進化和系統(tǒng)發(fā)育等研究中(Dowtonetal., 2009; Cameron, 2014; Maoetal., 2015; Tangetal., 2019)。隨著測序技術的成熟和分子生物學的快速發(fā)展,越來越多的膜翅目昆蟲物種的線粒體全基因組被測序。然而,Chen等(2004)利用線粒體16S rRNA基因和cox1對廣肩小蜂科進行系統(tǒng)進化分析時發(fā)現(xiàn),無法很好地支持各亞屬的單系性。目前NCBI基因數(shù)據(jù)庫僅收錄了廣肩小蜂科3種昆蟲的線粒體基因組信息,分別是廣肩小蜂(Eurytomasp. ZJUH 2013和Eurytomasp. TJS-2016)和癭廣肩小蜂(Sycophilasp. 2 JXW 2020),廣肩小蜂科昆蟲線粒體基因組的數(shù)據(jù)還非常有限。本研究通過測定元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組,對其線粒體基因組結構、基因排列順序、核苷酸組成、氨基酸組成、密碼子使用、tRNA基因二級結構、基因組重排現(xiàn)象等進行分析;此外,利用40種膜翅目寄生蜂線粒體基因組的13個蛋白質(zhì)編碼基因(protein-coding genes, PCGs)進行系統(tǒng)發(fā)育分析,以探究元寶楓刺脛廣肩小蜂所在屬的高級階元的分類地位。這些研究在建立廣肩小蜂科的自然分類系統(tǒng)方面具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 昆蟲收集

2021年10月,在內(nèi)蒙古興安盟代欽塔拉五角楓自然保護區(qū)(45°18′N, 121°02′E)采集元寶楓翅果約1 500粒,將這些翅果置于養(yǎng)蟲籠中,放置于室外越冬(模擬自然界越冬情況)。2022年3月將翅果轉(zhuǎn)移到室內(nèi),在溫度(25±1) ℃、相對濕度40%～50%、光周期 14L∶10D的人工氣候箱中培養(yǎng),每天檢查、收集羽化出的寄生蜂,在實體顯微鏡下鑒定這些寄生蜂種類和區(qū)分性別,并統(tǒng)計數(shù)量等,將收集元寶楓刺脛廣肩小蜂成蟲利用液氮速凍,隨后儲存于-80 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 線粒體基因組Illumina HiSeqTM4000高通量測序和組裝

挑選30頭元寶楓刺脛廣肩小蜂,使用DNeasy組織試劑盒(Qiagen,Hilden,德國)提取全基因組DNA。使用1 μg DNA,利用TruSeq DNA文庫制備試劑盒構建DNA文庫。在上海派森諾生物科技股份有限公司利用Illumina HiSeqTM4000(Illumina, 美國)平臺對元寶楓刺脛廣肩小蜂樣品進行雙末端(paired-end, PE)測序,共獲得3.35 Gb的原始數(shù)據(jù),Q30為92.89%。利用SPAdes v3.10.1(http:∥bioinf.spbau.ru/spades)(Bankevichetal., 2012)和A5-miseq v2015052229(Coiletal., 2015)對原始數(shù)據(jù)的讀段進行拼裝,得到contig和scaffold序列。根據(jù)拼接序列的測序深度提取序列,將高測序深度的序列同NCBI上的nt數(shù)據(jù)庫進行blastn (https:∥ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/executables/blast+/LATEST/)比對,篩選出各拼接結果的線粒體序列。利用mummer v3.1(Kurtzetal., 2004)軟件進行共線性分析,確定contig之間的位置關系,并填補contigs之間的gap。最后,使用pilon v1.18(Walkeretal., 2014)軟件進行校正,得到最終的線粒體序列。

1.3 線粒體基因組序列注釋與特征分析

利用MITOS(http:∥mitos.bioinf.uni-leipzig.de/index.py)對元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組進行注釋和tRNA二級結構預測。注釋結果與NCBI數(shù)據(jù)庫中的同源序列進行比較得到確認,然后將結果提交至NCBI。采用CGview軟件繪制線粒體基因組圈圖。使用MEGA-X(Kumaretal., 2018)計算基因的核苷酸組成,包括A+T含量、AT偏斜、GC偏斜,AT偏斜=(A-T)/(A+T),GC偏斜=(G-C)/(G+C)。并使用Phylosuite v1.2.2(Zhang Detal., 2020)分析PCGs相對同義密碼子使用率(relative synonymous codon usage, RSCU)以及PCGs密碼子第1, 2和3位的G+C含量。以祖先昆蟲亞庫巴果蠅Drosophilayakuba線粒體基因組的排列方式為模式(Clary and Wolstenholme, 1985)對40種膜翅目昆蟲線粒體基因組基因結構進行對比分析。

1.4 系統(tǒng)發(fā)育分析

以細蜂總科(Proctotrupoidae)的長腹細蜂Pelecinuspolyturator和離顎細蜂Vanhorniaeucnemidarum及姬蜂總科(Ichneumonoidea)的前裂長管繭蜂Diachasmimorphalongicaudata線粒體基因組為外群,基于40種膜翅目昆蟲的13個PCGs核苷酸序列,使用貝葉斯法(Bayesian inference, BI)和最大似然法(maximum likelihood, ML)兩種方法構建系統(tǒng)發(fā)育樹。所有線粒體基因組序列從NCBI獲得。使用 Phylosuite軟件提取小蜂全序列中的13個PCGs的核苷酸序列,利用MAFFT 7.149(Katoh and Standley, 2013)和MACSE v. 2.03(Ranwezetal., 2018)對13個PCGs進行密碼子比對和優(yōu)化,最后利用Gblocks v0.91b(Castresana, 2000)對序列進行串聯(lián)處理。利用ModelFinder(Kalyaanamoorthyetal., 2017)進行模型分析,然后利用XSEDE (https:∥www.phylo.org/)貝葉斯法和最大似然法構建系統(tǒng)發(fā)育樹,采用Bootstrap(1 000次重復)檢驗系統(tǒng)樹各分支節(jié)點的置信值。利用ITOL(https:∥itol.embl.de/personal_page.cgi)和adobe illustrator對系統(tǒng)發(fā)育樹進行美化。

2 結果

2.1 元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組全序列

元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體全基因組長15 849 bp (GenBank登錄號: OQ473654),A+T含量82.00%,包括43.60% T,38.40% A,11.00% G和6.90% C,AT偏斜為-0.063,GC偏斜為0.230;線粒體基因組由37個典型基因組成,包括2個rRNA基因[rrnS(12S rRNA)和rrnL(16S rRNA)]、13個PCGs、22個tRNA基因和1個非編碼控制區(qū)(control region, CR)(圖1)。其中重鏈(J)的基因27個,分別是2個rRNA基因、11個PCGs(nad1,nad2,nad3,nad4,nad4L,nad5,cox1,cox2,cox3,atp6和atp8)、14個tRNA基因(trnI,trnV,trnA,trnL1,trnP,trnM,trnH,trnF,trnL2,trnD,trnG,trnC,trnR和trnW)和1個控制區(qū)。由輕鏈(N)編碼的基因共10個,包括2個PCGs(cytb和nad6)和8個tRNA基因(表1)。

表1 元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組特征Table 1 Characteristics of the mitochondrial genome of Eurytoma acutibialis

圖1 元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組結構Fig. 1 Mitochondrial genomic structure of Eurytoma acutibialis

元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體所有PCGs均以ATN為起始密碼子,其中6個PCGs (nad2,nad3,nad4L,nad5,cox1和atp8)的起始密碼子為ATT,4個PCGs(cox3,nad4,atp6和cytb)的起始密碼子為ATG,3個PCGs (nad1,nad6和cox2)的起始密碼子為ATA。所有PCGs均以傳統(tǒng)的TAA/TAG為終止密碼子(表1)。

線粒體基因組整個編碼區(qū)相鄰基因之間存在基因間隔或基因重疊現(xiàn)象。其中基因間隔區(qū)有23處,總長度為 547 bp (基因間隔范圍:1～152 bp),其中nad4和trnH之間間隔最長為152 bp,其次是trnP和nad6之間,基因間隔為69 bp;基因重疊有9處,總長度為100 bp (基因重疊范圍:1～34 bp),最長一處位于trnT和trnM之間,重疊序列為34 bp; 此外,還有5個區(qū)域既無重疊又無間隔(表1)。

2.2 4種廣肩小蜂PCGs

元寶楓刺脛廣肩小蜂的13個PCGs全長為11 133 bp,占整個線粒體基因組序列全長的70.20%,13個PCGs的長度范圍為162 (atp8)～1 701 bp (nad5)。A+T含量為80.90%,包括44.60% T, 36.30% A, 9.65% G和9.40% C,AT偏斜為-0.103,GC偏斜為0.010。在密碼子第1位,G+C含量為22.90%,AT偏斜為0.044,GC偏斜為0.188;在密碼子第2位,G+C含量為26.15%,AT偏斜為-0.351,GC偏斜為-0.118;在密碼子第3位,G+C含量為8.05%,AT偏斜為-0.029,GC偏斜為-0.001(表2)。其他3種廣肩小蜂也表現(xiàn)出明顯的AT偏好性,例如,廣肩小蜂Eurytomasp. ZJUH 2016013的13個PCGs全長為11 169 bp,A+T含量為81.40%,AT偏斜為-0.104,GC偏斜為-0.013(其線粒體基因組全長17 267 bp,A+T含量為84.40%,AT偏斜為0.074,GC偏斜為-0.239)。癭廣肩小蜂Sycophilasp. 2 JXW 2020的13個PCGs全長為11 115 bp,A+T含量為80.00%,AT偏斜為-0.136,GC偏斜為0.014(其線粒體基因組全長14 665 bp,A+T含量為81.40%,AT偏斜為-0.160,GC偏斜為0.235)。廣肩小蜂Eurytomasp. TJS-2016的13個PCGs全長11 232 bp,A+T含量為80.80%,AT偏斜為-0.118,GC偏斜為-0.017(其線粒體基因組全長14 946 bp,A+T含量為82.60%,AT偏斜為0.083,GC偏斜為-0.154)。

表2 元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組核苷酸組成Table 2 Nucleotide composition of the mitochondrial genome of Eurytoma acutibialis

4種廣肩小蜂13個PCGs的氨基酸使用率(圖2)的結果顯示,元寶楓刺脛廣肩小蜂E.acutibialis使用占比由高到低氨基酸排序依次為Leu(15.57%),Ile(11.17%),Met(9.84%),Phe(9.35%)和Asn(6.92%)(總數(shù)>200),對應的密碼子使用次數(shù)由高到低依次為UUA(492), AUU(402), UUU(336), AUA(325)和AAU(242);而Arg(1.30%), Cys(0.92%)和Gln(1.32%)的使用相對較少(總數(shù)<50)。除Phe使用率高于Met外,其他3種廣肩小蜂結果與元寶楓刺脛廣肩小蜂一致(圖2)。結果顯示,UUA的使用頻率最高,RSCU值為5.12, ACG, AGC, GUC, CUG和CUC的相對密碼子使用頻率最低,其中RSCU值均為0.02。

其他3種光肩小蜂均缺少蘇氨酸Thr的ACG密碼子,E.sp. ZJUH 2016013缺少亮氨酸Leu的CUC和絲氨酸Ser的AGC密碼子,以及Sycophilasp.2 JXW 2020缺少精氨酸Arg的CGC密碼子,其他氨基酸使用的密碼子均相同,密碼子使用率排序基本一致,只有Sycophilasp. 2 JXW 2020的UUU使用率高于AUU(圖2),這反映了核苷酸組成的AT偏好性。

2.3 tRNA基因、rRNA基因和控制區(qū)

元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組包含22個tRNA基因,總長為1 453 bp,占整個線粒體基因組全長的 9.17%(長度范圍: 57～71 bp)。其中有14個tRNA基因由重鏈編碼,其余8個tRNA基因由輕鏈編碼;tRNA基因的A+T含量為87.25%,AT偏斜為0.009,GC偏斜為0.190。除了trnI缺受體臂、trnS1缺DHU臂、trnF缺TΨC臂和trnS2的 DHU臂僅形成一個簡單的環(huán)外,其余18個tRNA基因可以形成常規(guī)的三葉草結構(圖3)。在trnA,trnL1和trnS2的氨基酸臂、trnG和trnQ的DHU臂中共出現(xiàn)5處錯配,錯配堿基均為G-U。

圖3 元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組中22個tRNA基因的預測二級結構Fig. 3 Predicted secondary structure of the 22 tRNA genes in the mitochondrial genome of Eurytoma acutibialis

元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組包含兩個rRNA基因rrnS和rrnL,長度分別為763和1 299 bp,位于重鏈J,被trnQ和trnA分隔開。rRNA的基因全長2 062 bp,A+T含量為86.20%,T, C, A和G含量分別為43.10%, 4.90%, 43.10%和9.00%,比整個線粒體基因組A+T堿基含量要高,AT偏斜為0.007,GC偏斜為0.294。控制區(qū)長度為762 bp,T, C, A和G 的堿基含量分別為29.67%, 7.73%, 40.53%和19.57%,A+T堿基含量為70.20%,AT偏斜為0.155,GC偏斜為0.313。

2.4 系統(tǒng)進化

貝葉斯法分析的結果顯示,支持小蜂總科(Chalcidoidea)各個類群之間的分類關系為(((((柄翅小蜂科(Mymaridae)+((((榕小蜂科(Agaonidae)+小蜂科(Chalcididae))+(((金小蜂科(Pteromalidae)+((蚜小蜂科(Aphelinidae)+長尾小蜂科(Torymidae)+赤眼蜂科(Trichogrammtidae))+(姬小蜂科(Eulophidae)+旋小蜂科(Eupelmidae)+廣肩小蜂科(Eurytomidae)+跳小蜂科(Encyrtidae))))))(圖4: A)。最大似然法支持的小蜂總科各個類群之間的分類關系為((((柄翅小蜂科(Mymaridae)+小蜂科(Chalcididae))+榕小蜂科(Agaonidae)))+(姬小蜂科(Eulophidae)+金小蜂科(Pteromalidae))))+(跳小蜂科(Encyrtidae)+廣肩小蜂科(Eurytomidae)+旋小蜂科(Eupelmidae)+蚜小蜂科(Aphelinidae)+長尾小蜂科(Torymidae)+赤眼蜂科(Trichogrammtidae)))))(圖4: B)。綜合比較兩種方法,雖然貝葉斯法中個別分支節(jié)點上的支持率較低,并且與最大似然法展示的拓撲結構存在差異,但是兩種系統(tǒng)發(fā)育樹均支持小蜂總科各亞科的單系性。根據(jù)兩種方法構建的系統(tǒng)發(fā)育樹中,跳小蜂科、廣肩小蜂科和旋小蜂科在兩種方法中顯示為關系最近的姐妹群。無論是貝葉斯法還是最大似然法構建的系統(tǒng)發(fā)育樹,元寶楓刺脛廣肩小蜂均被歸類于廣肩小蜂屬Eurytoma,與形態(tài)學分類結果一致,并顯示與Eurytomasp. ZJUH 2016013之間存在較為密切的親緣關系。

2.5 基因重排

研究結果表明,膜翅目小蜂總科普遍存在基因重排現(xiàn)象,主要發(fā)生在tRNA基因和rRNA基因,而13個PCGs排序在各亞科內(nèi)相對穩(wěn)定。與祖先昆蟲相比,外群和柄翅小蜂科的13個PCGs排序與元寶楓刺脛廣肩小蜂的一致,而其他小蜂總科昆蟲的基因排序則發(fā)生了改變,尤其在長尾小蜂科、赤眼蜂科、跳小蜂科和廣肩小蜂科中存在多種基因重排方式。本研究鑒定到13個PCGs的排列方式存在8種基因排列類型,其中cox1-cox2-atp8-atp6-cox3-nad3-nad2-nad1-cytb-nad6-nad4L-nad4-nad5,cox1-cox2-atp8-atp6-cox3-nad2-nad3-nad1-cytb-nad6-nad4L-nad4-nad5和cox1-nad5-nad4-nad4L-nad6-cytb-nad1-nad2-nad3-cox3-atp6-atp8-cox2這3種排列方式在多個物種中共享,而廣肩小蜂利用其中兩種排列方式。

與祖先昆蟲相比,元寶楓刺脛廣肩小蜂的27個基因發(fā)生了重排,其中cox1-L2-cox2-K-D-atp8-xx-cox3-G-nad3排列順序和方向均一致,而nad2-xx-rrnS-xx-rrnL-L1-nad1-xxx-cytb-nad6-P-T-nad4L-nad4-H-nad5發(fā)生了原位倒置。此外,16個tRNA基因也發(fā)生了基因重排,其中trnC和trnM發(fā)生基因移位,trnH,trnT,trnP和trnL1發(fā)生倒置,trnS2發(fā)生異位倒置,trnF-trnE,trnW-trnS1-trnY-trnI-trnV和trnQ-trnA發(fā)生基因洗牌。rrnS和rrnL由A和Q隔開,這一現(xiàn)象也存在于柄翅卵小蜂科、榕小蜂科、蚜小蜂科、長尾小蜂科、旋小蜂科和跳小蜂科中。

3 討論

根據(jù)魏書軍(2009)的研究,大多數(shù)膜翅目昆蟲的線粒體基因組表現(xiàn)出明顯的AT偏斜現(xiàn)象。在膜翅目小蜂總科昆蟲中,A+T含量一般在75%～90%之間,其中跳小蜂科基因組具有最低的A+T含量(78.40%),而柄翅小蜂科具有最高的A+T含量(87.50%)。作為廣肩小蜂的成員,已知的3個廣肩小蜂線粒體基因組A+T含量均超過了80%。例如,元寶楓刺脛廣肩小蜂的A+T含量為82.00%(表1),由37個典型基因(13個PCGs、2個rRNA基因、22個tRNA基因)和一段控制區(qū)組成,與大部分膜翅目昆蟲線粒體基因組的結果(Boore, 1999; Huangetal., 2016; Tangetal., 2021; Zhaoetal., 2021; Zhouetal., 2021)一致。這些基因,有27個位于J鏈,10個位于N鏈,這與許多物種的編碼基因大多數(shù)位于J鏈,只有少數(shù)位于N鏈的情況(Boore, 1999)一致。關于小蜂總科的文獻報道中并未詳細說明基因的分布情況,目前僅在長尾小蜂科中的螳小蜂Podagrionsp.的研究中觀察到類似的現(xiàn)象(Yangetal., 2019),造成這種現(xiàn)象的原因可能是物種進化過程中基因重排所導致的,具體原因有待進一步研究研討。

元寶楓刺脛廣肩小蜂有部分tRNA二級結構上存在缺陷,如trnS1缺失了 DHU臂,這與小蜂科、姬小蜂科、跳小蜂科、金小蜂科等的情況 (Yanetal., 2019; Zhang YCetal., 2020; Tangetal., 2021; Zhouetal., 2021)相似。trnS2的DHU臂僅形成小環(huán),這與廣肩小蜂E.sp. TJS 2016以及其他一些膜翅目昆蟲的情況(Weietal., 2010; Suetal., 2016; Zhangetal., 2017; Xingetal., 2021)相似。兩個rRNA基因由trnQ和trnA分隔,這一特征在Eurytomasp. TJS-2016和Eurytomasp. ZJUH_2016013中觀察到,但在Sycophilasp. 2 JXW-2020中卻不存在。Su等(2016)指出這一特點在膜翅目廣肩小蜂為獨特存在,然而,我們發(fā)現(xiàn)柄翅卵小蜂科、榕小蜂科、蚜小蜂科、長尾小蜂科、旋小蜂科和跳小蜂科也存在這種現(xiàn)象。

線粒體基因重排在纓翅目、蚧蟲、虱目、膜翅目昆蟲中普遍存在(Shaoetal., 2001; Dowtonetal., 2002; 魏書軍, 2009; Weietal., 2010; Xiaoetal., 2011; 陳志騰和杜予州, 2016; Luetal., 2020; Tyagietal., 2020; 王建霞等, 2021; 鄧鋆等, 2022; Yietal., 2022)。本研究通過對膜翅目小蜂總科、細蜂總科和姬蜂總科的線粒體基因組進行比較分析,發(fā)現(xiàn)小蜂總科昆蟲線粒體基因重排速率高,特別是在tRNA和rRNA基因的排列上存在大量移位、原位和異位倒置。元寶楓刺脛廣肩小蜂的線粒體基因組發(fā)生了重排,其中tRNA基因的兩側(cè)除trnV和trnS1外均有基因間隔,這與魏書軍(2009)的報道一致,即發(fā)生重排的基因兩側(cè)一般存在基因間隔;PCGs在單系群內(nèi)的排列相對保守,在所有分析的膜翅目中,atp8-atp6-cox3,nad4-nad4L和nad6-cytb保持不變,這些PCGs之間無tRNA基因,而小蜂總科得cox3和nad3之間發(fā)生了基因重排;但在膜翅目青蜂總科、蜜蜂總科、胡蜂總科、姬蜂總科、細蜂總科和旗腹蜂總科中atp8-atp6-cox3-trnG-nad3保持不變(魏書軍, 2009),進一步說明了小蜂總科的進化速率更快。

通過貝葉斯法和最大似然法兩種方法構建的系統(tǒng)發(fā)育樹,結果均支持廣肩小蜂科的單系性,并支持跳小蜂科、廣肩小蜂科和旋小蜂科為姐妹群,與其他小蜂總科各亞科形成不同的姊妹群和并系群,這與先前報道的系統(tǒng)發(fā)育分析結果(Zhaoetal., 2021)一致。貝葉斯法支持柄翅小蜂科在小蜂總科的基部位置,但不支持Eurytoma亞屬和Sycophila亞屬的單系性;而最大似然法支持Eurytoma亞屬和Sycophila亞屬的單系性。無論是貝葉斯法還是最大似然法構建的系統(tǒng)發(fā)育樹,元寶楓刺脛廣肩小蜂均被歸類于廣肩小蜂屬Eurytoma,與形態(tài)學分類結果一致,并表明其與Eurytomasp. ZJUH 2016013親緣關系較近。本研究獲得了元寶楓刺脛廣肩小蜂線粒體基因組序列和結構組成等基礎信息數(shù)據(jù),豐富了廣肩小蜂科基因組的生物信息學數(shù)據(jù)庫,并分析了小蜂總科中基因重排現(xiàn)象,結果提示線粒體基因組可以作為研究類群分化的參考依據(jù),但不能作為小蜂總科分類學的主要指標。

致謝元寶楓籽象Bradybatussp.由中國科學院動物研究所張潤志研究員幫助鑒定,在此謹表謝意。