四种基因用于常见嗜尸性蝇类种属鉴定的研究

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法医昆虫学是法医学与昆虫学相结合而产生的一种新兴的边缘学科,其主要的研究对象为嗜尸性昆虫。通过研究嗜尸性昆虫在尸体上的演替规律进行死亡时间或者说是死后间隔时间的推断。人在死亡初期会出现例如尸斑、尸僵、尸冷等一些死后变化,它们的出现都有一定的时间顺序,对于早期死亡的时间的准确推断起到了巨大的作用。当尸体进入腐败阶段甚至白骨化的时候,早期的死后变化已经不复存在,此时推断死亡时间变得异常困难。长期以来,尸体晚期死亡时间的推断一直是法医学的难题。进入二十世纪八十年代以来,法医昆虫学在世界各地迅速发展,成为了晚期死亡时间推断最为有效的方法和工具,为刑事案件的侦破提供了便利条件。 法医昆虫常常面临的一个问题就是鉴定嗜尸性昆虫的种属,不同地区和不同时间段到达尸体的昆虫种类不同。因此,种属鉴定成为法医昆虫学首先需要解决的问题。对死亡时间推断有价值的主要是卵、幼虫、蛹等幼期的虫态,而且案发现场往往出现的也是幼期虫态。成虫的形态学鉴定目前已经成熟,但是幼期的昆虫鉴定则非常困难,甚至是不可能的,将其饲养成成虫势必延误破案时机,如果是死的昆虫则无法饲养。目前世界各地相继报道了利用线粒体DNA序列分析的方法进行嗜尸性昆虫种属鉴定的研究,证明这一方法是一种有效的进行种属鉴定的方法。本研究目的是比较线粒体DNA的COI、COII、ND5及16S rRNA基因片段序列在嗜尸性蝇类种属鉴定中的价值,筛选出嗜尸性蝇类种属鉴定的优良位点:对不同地区、不同种类的上述基因序列进行遗传距离和系统发育的分析,为华南法医鉴定嗜尸性蝇类的种属及地域,进一步推断死亡时间和地点创造条件。 实验方法:使用特制的嗜尸性蝇类诱集笼采集广州、湛江、韶关、河南沈丘、四川等地嗜尸性蝇类(丽蝇科),浸泡于75%的酒精中。请昆虫分类专家进行形态学上的种属鉴定,然后取经过鉴定的嗜尸性蝇类的腹部肌肉,用普博公司生产的动物基因组试剂盒进行DNA的提取,设计针对线粒体DNA的COI、COII、ND5及16srRNA等基因的特异性引物进行PCR扩增,PCR产物送上海生工和上海英骏公司进行测序,同时从GenBank下载我国已经研究过的其他地区嗜尸性蝇类的COII、16srRNA基因片段序列,然后用MEGA3.0软件对以上序列进行碱基组成,遗传距离和系统发育的分析。 实验结果与分析:采集到的嗜尸性蝇类为双翅目的丽蝇亚科和金蝇亚科的5属7种,主要有丽蝇亚科的紫绿蝇、瘦叶带绿蝇、巨尾阿丽蝇和金蝇亚科的绯颜裸金蝇、广额金蝇、肥躯金蝇、大头金蝇。经过DNA提取,PCR扩增,测序以及MEGA3.0软件分析可以看到COI基因相对于其他三种基因,可变位点的比例较高,保守位点的比例较低,暗示这一基因变异率较高,进化速度较快;ND5基因G+C含量在四种基因片段中是最低的,而且可变位点的比例最高,保守位点的比例最低,说明这一基因具有很高的突变率和很快的进化速度;16S rRNA是一种线粒体DNA编码的核糖体。DNA,从以上数据看,其G+C含量相对较高,保守位点所占比例大大高于其他三种基因,均提示这一基因较为保守,突变率不高。 COI基因的平均种间遗传距离与种内遗传距离差异不明显,有时出现种内遗传距离大于种间遗传距离的情况,即种内遗传距离大小范围与种间遗传距离大小范围有交叉,因此,用COI基因进行种属鉴定出现错误结果的概率相对较高。ND5基因最小的种间遗传距离大于最大的种内遗传距离,即ND5基因的种间进化分歧率大于种内进化分歧率,而且种间进化分歧率与种内进化分歧率大小范围之间没有交叉,种内进化分歧率小于1.83%,种间进化分歧率大于2.62%。因此,ND5基因可以有效的将上述几种嗜尸性蝇类区分开,具有较高的鉴别能力。COII基因无论是种内还是种间遗传距离均不大,而且种内和种间遗传距离范围存在交叉,因此这一基因单独进行嗜尸性蝇类种属鉴定的能力不强,甚至在不同种类间都不能检测出遗传距离的差异,如:呼和浩特的lucilia cuprina和Lccilia_sericata。16S rRNA无论种间还是种内的遗传距离均不大,而且种内遗传距离可能会大于种间遗传距离,用作嗜尸性蝇类种属鉴定时,容易出现误差。但是,这一基因对于COII基因及COI+II不能鉴别的较近亲缘种(如:lucilia_cuprina和Lccilia sericata)具有很高的鉴别能力。讨论COI基因和ND5基因无论从碱基组成还是遗传距离上看,都体现出较强的突变率以及较快的进化速度,而COII基因和16S rRNA基因则相对保守,尤其是16S rRNA基因是四种基因中最为保守的。COI基因的可变位点和平均遗传距离小于ND5基因,并且种间进化分歧率与种内进化分歧率存在交叉,进行种属鉴定的敏感度小于ND5基因。ND5基因种内和种间进化分歧率之间的范围不存在交叉,而且平均遗传距离是四种基因中最高的,显示出了很高的敏感度,因此从本实验的数据分析来看,ND5基因进行种属鉴定方面是优于COI基因的。国外进行了许多COI基因、COII基因以及COI+II基因进行种属鉴定的研究,发现在某些亲缘关系较近的种类之间,这些基因不能有效的将其鉴别开来,如:Lccilia sericata和Lccilia illustris的种属鉴定,然而,扩增出来的16S rRNA基因却可以有效的将上述种类鉴别。16S rRNA是一个比较保守的基因,除了上述几种亲缘关系较近的种类鉴别外,对于其他种类的鉴别作用却较差。ND5基因可以有效的将COI基因不能鉴别的Chrysomya pinguis和Chrysomya phaonis这两个近缘种有效的鉴别开来,显示了其在近缘种类鉴别中的潜力,但是ND5基因是否能够有效的鉴别Lccilia sericata和Lccilia illustris类似的亲缘关系较近的种类,目前还没有相关的文献报导,很遗憾本实验也没有收集到华南地区的这些类似的种类,希望在以后的研究中能够证明其在上述种类鉴别中的作用。 结论: 1、COI基因和COI+II序列分析方法能够进行常见嗜尸性蝇类的种属鉴定,但是对某些近缘关系种不能很好的鉴别。 2、16S rRNA是一个比较保守的基因,但是对COI基因和COI+II序列分析方法不能鉴别的一些近缘种有很强的鉴别能力,对于其他一些常见嗜尸性蝇类的种属鉴定作用不如COI基因、COII基因。 3、根据本实验研究,ND5基因是一个较好的进行种属鉴定的基因位点,对于某些近缘种的鉴别能力也较强,种属鉴定能力高于COI基因和COII基因。
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