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随着人类及模式生物基因组数据的迅速积累,在基因组水平上,开发和最大限度地利用新的分子标记解决物种的系统发育关系,已成为系统发育基因组学一个重要的目标。目前多数研究中,核基因蛋白编码序列是系统发育基因组学研究实践中最为广泛使用的分子标记。然而,核基因组中的内含子序列作为分子标记在系统发育研究中的应用潜能还没有被系统的评估。在本研究中,我们选取22个核基因内含子序列,以食肉目犬型超科为模式类群,首次系统地评价核基因内含子序列在研究高阶元系统发育关系时的解决能力。基于长度约为22kb的大数据集,采用多种系统发育分析方法,包括supermatrix分析中的最大简约法,最大似然法和贝叶斯法;supertree分析中的Matrix Representation with Pasimony和MaximumSplits Fit方法;以及Gene Jackknifing分析进行分子系统树的构建。此外,我们还将本研究中发现的大量等位基因杂合子(Intra-individual Allele Heterozygotes,IIAHs)信息整合到系统发育分析中,评估等位基因杂合子信息在系统发育研究中的贡献。我们的系统发育研究结果表明犬型超科分为两大枝:熊科和鳍脚类聚为一枝,由浣熊科,鼬科,小熊猫和臭鼬组成的Musteloidea亚超科为第二枝,其中,鼬科和浣熊科关系最近,即支持以前研究中提出的将它们定义为Musteloidea sensustricto,小熊猫与Musteloidea sensu stricto聚为姐妹枝,臭鼬则是它们的姐妹群。我们基于核基因内含子序列的研究结果与最近发表的两个基于线粒体基因组的研究结果存在差异。这提示需要重新评价目前基于线粒体基因组分析得到的食肉目犬型超科的系统发育关系假说。该研究不仅表明作为中性标记的内含子序列对高阶元系统发育关系有较好的解决能力,而且也为其他类似系统发育难题的解决提供借鉴作用。
本研究除提供了重要的系统发育结果以外,还首次报道了大数量的等位基因杂合子现象(115例),并将它们整合到系统发育分析中。研究结果表明:在系统发育研究中,整合并最大限度地利用等位基因杂合子中含有的系统发育信息是非常必要。因此,我们针对在内含子研究中普遍存在的等位基因杂合子现象,从此现象的产生,杂合子的分离以及现有的研究方法三个方面进行了详尽综述,阐述了等位基因杂合子及其在系统发育分析中的最新研究进展。
我们基于大量内含子序列的研究还发现,Musteloidea亚超科的进化速率明显高于其它犬型超科物种,进一步分析表明这与体重假说(body size hypothesis)相一致。与熊科和鳍脚类相比,体型较小的Musteloidea表现出碱基替换速率加快。最后,通过与已有的食肉目犬型超科线粒体和核基因蛋白编码序列比较分析,我们也讨论了核基因内含子序列作为系统发育基因组学研究中分子标记的优势和劣势。