Analisi comparative del mitogenoma di dodici non

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9200 (2023) Citare questo articolo

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La famiglia Chironomidae è rappresentata in Cina da sette sottofamiglie, tra le quali Chironominae e Orthocladiinae sono le più diverse. Per comprendere meglio l'architettura e l'evoluzione dei mitogenomi dei Chironomidae, abbiamo sequenziato i mitogenomi di dodici specie (incluse due specie pubblicate) delle due sottofamiglie Chironominae e Orthocladiinae e sono state eseguite analisi mitogenomiche comparative. Pertanto, abbiamo identificato un'organizzazione genomica altamente conservata di dodici specie per quanto riguarda il contenuto del genoma, la composizione di nucleotidi e amminoacidi, l'uso dei codoni e le caratteristiche dei geni. I valori Ka/Ks della maggior parte dei geni codificanti proteine ​​erano molto inferiori a 1, indicando che questi geni si stavano evolvendo sotto una selezione purificante. Le relazioni filogenetiche tra la famiglia Chironomidae sono state ricostruite utilizzando 23 specie che rappresentano sei sottofamiglie, sulla base di geni codificanti proteine ​​e rRNA utilizzando l'inferenza bayesiana e la massima verosimiglianza. I nostri risultati hanno suggerito la seguente relazione all'interno dei Chironomidi: (Podonominae + Tanypodinae) + (Diamesinae + (Prodiamesinae + (Orthocladiinae + Chironominae))). Questo studio contribuisce al database mitogenomico dei Chironomidae, che sarà significativo per studiare l'evoluzione del mitogenoma dei Chironomidae.

Il genoma mitocondriale degli animali è generalmente piccolo (15-20 kb) e comprende 37 geni, cioè 13 geni codificanti proteine ​​(PCG), 22 geni dell'RNA di trasferimento (tRNA), i geni dell'unità ribosomiale grande e piccola dell'RNA (rrnL e rrnS, rispettivamente). Tipicamente esiste anche un'unica grande regione non codificante che contiene elementi di controllo per la replicazione e la trascrizione, e varie regioni distanziatrici e sovrapposte si verificano nel genoma mitocondriale1,2,3,4. A differenza del genoma nucleare, i mitogenomi vengono tipicamente ereditati per via materna, sono presenti in centinaia o migliaia di copie per cellula5 e mostrano pochissima ricombinazione negli animali6,7. Inoltre, il confronto delle disposizioni dei geni mitocondriali negli animali è diventato un potente mezzo per dedurre relazioni evolutive a lungo termine poiché i riarrangiamenti sembrano essere eventi unici e generalmente rari che difficilmente si verificano indipendentemente in linee evolutive separate1.

I chironomidi (Diptera: Chironomidae) sono importanti insetti acquatici e sono ampiamente distribuiti in tutte le regioni biogeografiche del mondo. Inoltre, le larve di chironomidi sono bioindicatori comunemente utilizzati degli ecosistemi di acqua dolce8. Lo studio dell'evoluzione sistematica dei Chironomidae era inizialmente basato sulla morfologia9,10, tuttavia, la moderna genetica molecolare ha ulteriormente risolto la diversità tassonomica e la filogenetica, principalmente attraverso marcatori genetici comprendenti sequenze mitocondriali11,12,13,14,15,16. Inoltre, i Chironomidae sono un vasto gruppo di insetti Ditteri, con più di 6300 specie conosciute, tuttavia, finora sono stati pubblicati solo pochi mitogenomi completi di Chironomidae17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 . Studi precedenti forniscono principalmente descrizioni di singoli genomi mitocondriali o analisi comparative di mitogenomi all'interno di generi o tra sottofamiglie. Tuttavia, ci sono pochi mitogenomi e studi comparativi delle più diverse sottofamiglie Orthocladiinae e Chironominae. Inoltre, permangono alcune controversie riguardo alle relazioni filogenetiche all'interno dei Chironomidae.

In questo studio presentiamo nuove intuizioni sulle relazioni filogenetiche tra le diverse sottofamiglie di Chironomidi. Inoltre, abbiamo eseguito analisi comparative della struttura del mitogenoma, della composizione di base e dei tassi evolutivi tra dodici specie che rappresentano le sottofamiglie Orthocladiinae e Chironominae. Utilizzando mitogenomi precedentemente pubblicati delle sottofamiglie Prodiamesinae, Podonominae, Tanypodinae e Diamesinae, abbiamo impiegato geni mitocondriali isolati da mitogenomi completi per esplorare la filogenesi dei Chironomidae. Inoltre, valutiamo la monofilia di Orthocladiinae e proponiamo di trasferire il genere Propsilocerus da Orthocladiinae a Prodiamesinae.