基于16S和COⅠ基因探讨岩扇贝在扇贝科中的分类地位

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2021-07-04 01:42:36

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1.2.4 数据处理 本试验选取2个岩扇贝个体进行测序,所获原始序列首先与其对应峰图对比检查,以确认序列质量;每个个体测得正反向序列并用BioEdit软件进行拼接,结合人工校正;在NCBI数据库中进行Blast比对分析,确定序列准确性。下载扇贝科下物种序列[16],应用MEGA 7软件检查平均一致度估测联配结果的可信度;计算16S的种内遗传距离;基于CO Ⅰ和16S rDNA,应用邻接树(neighbor joining,简称NJ)法分别重建系统发生树;运用MEGA 7软件Codonusage功能计算同义密码子出现的次数及使用度[17],16S基因密码子偏好性分析,同义密码子使用度(RSCU)计算公式为

RSCUij=xijx=xij1ni∑nij=1xij。

式中:xij表示编码第i个氨基酸的第j个密码子的出现次数;ni表示编码第i个氨基酸的同义密码子数量(其值为1~6)。当密码子的RSCU值等于1时,表示该密码子没有偏好性;当密码子的RSCU值小于1时,表示该密码子使用较少;当密码子的RSCU值大于1时,表示该密码子使用较多[18]。

2 结果与分析

2.1 岩扇贝CO Ⅰ和16S的DNA序列组成

本研究对岩扇贝的CO Ⅰ和16S基因进行PCR扩增,得到清晰的基因片段扩增产物,纯化后直接进行双向序列测定,经过比对和校正后提交GenBank数据库。测序结果表明,CO Ⅰ 基因片断大小为660 bp,序列的A、T、G、C平均含量分别为17.2%、40.3%、27.2%、15.3%,其中A+T的含量(57%)明显高于 G+C的含量(42%);16S基因片段大小为613.0~634.0 bp(不包含引物),序列A、T(U)、G、C平均含量分别为26.5%、297%、24.5%、19.3%(表2),其中A+T(U)的含量(56.2%)高于G+C的含量(43.8%)。CO Ⅰ和16S碱基均出现偏倚性,符合线粒体碱基组成的特点。将研究中测定及下载的所有16S序列进行整理,并裁剪为同一长度529 bp进行分析,其保守位点153个,变异位点369个,简约信息位点315个,单独位点54个。

2.2 系统发育树的物种鉴定

本试验选取珍珠贝科马氏珠母贝、牡蛎科长牡蛎、莺蛤科白斑珍珠蛤作为外群,在CO Ⅰ和16S进化树中C. gigantea单独聚为1支,马氏珠母贝(Pinctada martensi),白斑珍珠蛤(Pinctada maculata)聚為1支。CO Ⅰ进化树的p-distance<08,16S序列的Jukes-Cantor分析值为0.246,这2个值分别说明CO Ⅰ和16S所选序列适合构建NJ树。CO Ⅰ的NJ树表明,C. gigantea进化依次接近于栉孔扇贝(Azumapecten farreri),冰岛扇贝(Chlamys islandica),北美扇贝(Patinopecten caurinus),虾夷扇贝(Mizuhopecten yessoensis),其中后三者聚为1支(图1)。16S的NJ树表明,岩扇贝5个序列形成具有较高支持度的单分支且依次接近于北美扇贝(Patinopecten caurinus)、虾夷扇贝(Mizuhopecten yessoensis)、Chlamys islandica(图2)。扇贝科的5个属,其中类栉孔扇贝属的华贵栉孔扇贝(Mimachlamys nobilis)单独聚为1支;海湾扇贝属的海湾扇贝(Argopecten irradians)、紫扇贝(A. purpuratus)、A. ventricosus聚为1支;栉孔扇贝属的C. farreri、A. farreri和S. livida为1支;掌扇贝属的平濑掌扇贝(Volachlamys hirasei)、新加坡掌扇贝(V. singaporina)聚为1支;盘扇贝属的M. yessoensis、P. caurinus聚为1支,聚类结果基本与传统的分类结果一致。

2.3 岩扇贝中16S基因的密码子偏好性

16S在岩扇贝中扩增偏向使用以U或G结尾的密码子,总使用度分别为12.76、8.02。其中GUU、UUG、AUU、ACG、UAU、CAA、GAG、UUU、UCU、GAU、GGU、GAG、AGG和GGA等25个密码子的RSCU值均大于1,其中GUU的RSCU值大于2,为16S在岩扇贝中偏好性使用次数最多的(表3)。

3 讨论

孔晓瑜等做了栉孔扇贝和海湾扇贝线粒体16S rRNA基因片段的比较研究,A+T的含量分别为54.73%、55.17%[18]。胡丽萍等在紫扇贝和海湾扇贝中扩增16S,获得基因片段长度均为542 bp,紫扇贝和海湾扇贝的碱基组成 A+T所占比例分别为54.2%、55.1%[19]。朱立静等对四角蛤蜊CO Ⅰ基因的研究表明,四角蛤蜊的G+C含量明显低于A+T含量[20];程汉良等对帘蛤目中6种贝类进行CO Ⅰ序列的扩增结果也表明,A+T含量明显高于G+C含量[21]。这与本研究中CO Ⅰ在岩扇贝中的扩增结果相似。一般认为,

在线粒体基因组中,16S rRNA基因进化速率低,比较保守,而CO Ⅰ基因为变异性较大的区域,在不少无脊椎动物中检测到了较大的变异[22-23]。从本试验结果可以看出,在剪裁为 529 bp 的16S rRNA片段中,其保守位点153个,变异位点369个,变异位点比例达到69.8%,即岩扇贝种内变异率较高,原因可能是16S存在较高的碱基转换和颠换,这部分有待后续进行进一步讨论。

Thompson等认为成对联配的氨基酸序列的平均一致性百分比太低时,多序列联配的结果准确性会下降,一致性百分比等于1减去p-distance[24]。 当p-distance﹤0.8,联配结果是可接受的;当p-distance≥0.8则是不可靠的。本试验CO Ⅰ的p-distance为0.746,对应的一致性为25.4%,介于20%和30%之间的临界区域,氨基酸残基的联配正确率在80%左右,另一项研究表明,氨基酸联配的精确性大于50%时,它对系统进化树准确性的影响就微乎其微了,即该COⅠ系统进化树是可信且可用的[25]。同理,16S序列的Jukes-Cantor分析值为0.246,说明16S的NJ树可信且可用。

Saavedr等分析表明,C. gigantea进化上接近C. islandica,其次是岩扇贝属的其他成员如Crassadoma multistriata、Mimachlamys varia[12]。在本试验16S的NJ树中,C. gigantea更接近P. caurinus和M. yessoensis,其次是C. islandica,在CO Ⅰ的NJ树中更接近于A. farreri,2个NJ树不一致的原因可能是2个基因片段剪裁序列的长度不同导致联配一致度不同。Feng 等研究表明,在CO Ⅰ进化树中芬香海扇蛤(D. plica)、大海扇蛤(P. maximus)、A. pleuronectes、A.irradians聚为1支,在16S进化树中Pecten maximus、Amusium pleuronectes、Argopecten irradians和其他扇贝聚为1支而Decatopecten plica单独聚为1支[16]。

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