西方蜜蜂的線粒體DNA細胞色素氧化酶亞基-I～細胞色素氧化酶亞基-II富含A＋T非編碼區單倍型類群

李興安　牛慶生　薛運波

（吉林省養蜂科學研究所，吉林132108）

西方蜜蜂的線粒體DNA細胞色素氧化酶亞基-I～細胞色素氧化酶亞基-II富含A＋T非編碼區單倍型類群

李興安牛慶生薛運波

（吉林省養蜂科學研究所，吉林132108）

西方蜜蜂（Apis mellifera）的線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）細胞色素氧化酶亞基-I（cytochrome C oxidase subunit I,COI）～細胞色素氧化酶亞基-II（COII）富含A+T非編碼區（AT-rich noncoding region，NC）屬于高變異DNA序列，既呈現mtDNA長度變異又呈現mtDNA序列變異，它作為mtDNA多態性標記廣泛地應用于A.m.地理亞種的DraI酶限制性片段長度多態性（restriction fragment length polymorphism，DraI RFLP）分析和單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）分析。在本文中，A.m.非洲世系mtDNA的28種DraI RFLP譜圖被歸納為3種COI-COII NC單倍型類群，即P0、Q元件組成類群，P1、Q元件組成類群以及P2、Q元件組成類群；A.m.西部歐洲世系mtDNA的90種DraI RFLP譜圖被歸納為1種COI-COII NC單倍型類群，即P、Q元件組成類群；A. m.東部歐洲世系mtDNA的25種SNP譜圖被歸納為1種COI-COII NC單倍型類群，即Q元件組成類群；A.m.亞洲世系mtDNA的29種DraI RFLP譜圖被歸納為3種COI-COII NC單倍型類群，即P0、Q元件組成類群，P0'、Q元件組成類群以及P1'、Q元件組成類群。本文綜述了這個研究進展。

西方蜜蜂；細胞色素氧化酶亞基-I～細胞色素氧化酶亞基-II非編碼區；線粒體DNA單倍型類群

西方蜜蜂（Apis mellifera，A.m.）是兼具生態環境保護（例如，保持植物多樣性）、設施農業發展（例如，介導農作物授粉）以及商業性養蜂生產（例如，促進蜂蜜后熟）等多重價值的一個蜜蜂屬物種［1-4］。

多數學者認為，A.m.起源于非洲或（和）西部亞洲或（和）中部亞洲，并且在沿歐洲大陸擴展過程中自然分布于西部歐洲和東部歐洲［5，6］。昆蟲形態變異分析（和昆蟲系統地理學分析）將A.m.大致劃分為24～29個地理亞種，或演化譜系，或親緣譜系，或系統發育分支［7-9］。事實上，相對于其它顯花植物傳粉昆蟲，A.m.具有低的種內多樣性［10］；而且，A.m.種內多樣性長期遭受商業性蜜蜂繁育、蜜蜂轉地飼養、外來蜜蜂輸入乃至蜜蜂蜂群崩潰綜合征等諸多非自然選擇因素的影響［11］。因此，伴隨A.m.自然分布格局逐漸消失和A.m.種群數量不斷減少，A.m.種內多樣性呈現下降趨勢［9，12，13］。

蜜蜂保護研究的一個主要內容是通過A.m.線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）單倍型分析獲得A. m.地理亞種的分子證據［14］。Cornuet等（1991）最初通過比較A.m.與黑腹果蠅近緣物種Drosophila yakuba的mtDNA同源區發現，A.m.的mtDNA細胞色素氧化酶亞基-I基因與CO亞基-II（COII）基因之間存在長串聯重復DNA序列，并且將其命名為COI-COII基因間隔序列［15］。之后，Crozier等（1993）進一步發現，這段mtDNA特異序列尚存在1個亮氨酸轉運RNA（t-RNALeu）基因，t-RNALeu基因與COII基因之間的DNA序列如同mtDNA其它基因間隔序列，是富含A＋T（或T＋A）重復序列的非編碼區［16］。迄今為止，A.m.的mtDNA單倍型分析表明，NC是mtDNA在分子進化過程中保留A.m.種內多樣性“遺跡”的最豐富“印記”，它作為一種多態性mtDNA標記已經被廣泛地應用于鑒定A.m.地理亞種［8］。大量文獻詳細報道了A.m.地理亞種的COI-COII單倍型，即A.m.地理亞種mtDNA多態性?？傮w上，A.m.地理亞種的COI-COII單倍型，既呈現mtDNA長度多態性規律又呈現mtDNA序列多態性規律，前者被表征為一系列DraI酶限制性片段長度多態性譜圖，后者被表征為一系列單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）譜圖。那么，這些研究成果意味著什么呢？

在非A.m.的mtDNA多態性相關文獻中，例如，甲殼綱（Crustacea）擊鉤蝦科（Talitridae）動物mtDNA單倍型分析研究，NC序列被描述為COI-COII非編碼區（COI-COII NC）［17］。在此基礎之上，本文以COI-COII NC為mtDNA單倍型研究的技術指標，進一步將A.m.地理亞種歸納為不同的COI-COII單倍型類群。

1　A.m.的COI-NC-COII

A.m.的mtDNA全長16,343堿基［16］。如同其他高等昆蟲的mtDNA，A.m.的mtDNA由基因序列和基因間隔序列兩部分組成?；蛐蛄性趍tDNA全長范圍內占據多數序列坐位，為長片段mtDNA,包括2個核糖體亞基基因、22個必需氨基酸轉運RNA基因和13個線粒體呼吸鏈組成型蛋白質基因，在物種進化過程中相對不變；基因間隔序列在mtDNA全長范圍內占據少數序列坐位，為短片段mtDNA,包括1個mtDNA復制起始序列和多個NC，在物種進化過程中相對可變［16，18，19］。mtDNA復制起始序列具有相對短的序列長度，呈現相對簡單的序列組成，涵蓋相對少的遺傳信息；NC具有相對長的序列長度，呈現相對復雜的序列組成，涵蓋相對多的遺傳信息［15］。相對于A.m.的mtDNA其它NC，COI-COII NC是mtDNA高變異區［18］。

相對于黑腹果蠅近緣物種Drosophila yakuba的COI-COII NC序列長度（僅幾個堿基），A.m.的COICOII NC序列長度明顯地增長（達幾百乃至上千個堿基）［15］。按照DNA由5'端至3'端延伸的合成方向，A.m.的COI-COII NC以其5'端承接于t-RNALeu基因序列3'端，以其組成型序列P和序列Q（分別被命名為P元件和Q元件）形成組織結構單元，以其3'端與COII基因序列5'端相延續［20］。P元件全長54個堿基，占據COI-COII NC的近5'端區段，具有相對均一的DNA序列組成；Q元件全長194個堿基，占據COI-COII NC的近3'端區段，具有相對不均一的DNA序列組成﹙即它的近5'端序列長度為48個堿基，是部分COI基因序列的同源片段，被命名為Q1序列；它的中間序列長度為78個堿基，是全長t-RNALeu基因序列的同源片段，被命名為Q2序列；它的近3'端序列全長為70個堿基，是P元件的同源片段，被命名為Q3序列﹚［15］。在A.m.的COI-COII NC中，多個連續堿基缺失和（或）插入導致mtDNA的限制性核酸內切酶DraI酶切位點移碼,COICOII NC由此成為DraI RFLP多態性分析獲得mtDNA單倍型數據的一個遺傳學基礎［21］；另一方面，單個不連續堿基缺失和（或）插入及替換導致mtDNA的緊密連鎖位點點突變，COI-COII NC由此成SNP多態性分析獲得mtDNA單倍型數據的另外一個遺傳學基礎［14，21-24］。

在A.m.地理亞種的COI-COII NC單倍型分析中，mtDNA長度多態性既反映于P元件長度變異又反映于Q元件長度變異；mtDNA序列多態性僅反映于Q元件序列變異。對于P元件多態性，P元件缺失13個堿基時被命名為P0元件，缺失15個堿基時被命名為P1元件，缺失18個堿基時被命名為P2元件，全序列缺失意味著P元件從COI-COIINC“刪除”。對于Q元件多態性，Q元件2拷貝串聯重復被命名為QQ,3拷貝串聯重復被命名為QQQ，4拷貝串聯重復被命名為QQQQ，5拷貝串聯重復被命名為QQQQQ。

2　A.m.的COI-COII NC單倍型類群

非洲大陸及其近海島嶼是A.m.的自然分布區［5，8］。昆蟲形態變異分析（和昆蟲系統地理學分析），將分布于那里的非洲蜂等A.m.地理亞種（及其相關生態類型）概括為A.m.非洲世系［25］?；贒raI RFLP分析，本文將A.m.非洲世系樣本的28種DraI RFLP譜圖歸納為3種A.m.的COI-COII NC單倍型類群，即P0、Q元件組成類群，P1、Q元件組成類群以及P2、Q元件組成類群［21，26-31］。其中，P0、Q元件組成類群具有1個P0元件和4個不同串聯重復頻率Q元件，至少包括P0Q、P0QQ、P0QQQ以及P0QQQQ 4種mtDNA單倍型類型［21，26-28，31］；P1、Q元件組成類群具有1個P1元件和3個不同串聯重復頻率Q元件，至少包括P1Q、P1QQ以及P1QQQ 3種mtDNA單倍型類型［21］；P2、Q元件組成類群具有1個P2元件和2個相同串聯重復頻率Q元件，僅為P2QQ 1種mtDNA單倍型類型［21］。

（未完待續）

Cytochrome C oxidase subunit I（COI）-COII ingtergenic sequence AT-rich noncoding region haplotype groups of Apis mellifera species

Li Xing'an，Niu Qingsheng，Xue Yunbo
（Jilin Provincial Institute of Apicultural Science,Jilin 132108）

Cytochrome C oxidase subunit I（COI）-COII ingtergenic sequence AT-rich noncoding region（COI-COII NC）is specific for mtDNA of Apis mellifera（A.m.）.This region has considerable DNA variability in both length and sequence,for which it has been used extensively as a polymorphic marker of mtDNA for analyzing DraI RFLP and SNP among A.m.geographic subspecies.Here,mtDNA of A.m.lineage in Africa,which are characterized by 28 DraI RFLP patterns,is induced to be composed of 3 COI-COII NC haplotype groups of A.m.,i.e.the groups with both P and Q elements where P can also appear in two types of variations（P0and P1）；mtDNA of A.m.lineage in western Europe, which are characterized by 90 DraI RFLP patterns,is induced to be composed of 1 COI-COII NC haplotype group of A. m.,i.e.the group with both P and Q elements；mtDNA of A.m.lineage in eastern Europe,which are characterized by 25 SNP patterns,is induced to be composed of 1 COI-COII NC haplotype group of A.m.,i.e.the group only with Q element；mtDNA of A.m.lineage in western Asia,which are characterized by 29 DraI RFLP patterns,is induced to be composed of 3 COI-COII NC haplotype groups of A.m.,i.e.the groups with both P and Q elements where P can also appear in two types of variations（P0'and P1'）.We reviewed COI-COII NC haplotype groups of A.m..

Apis mellifera；Cytochrome C oxidase subunit I（COI）-COII ingtergenic sequence noncoding region；mtDNA haplotype groups

吉林省科技發展計劃項目（20130101094JC；20140101132JC）、國家蜂產業技術體系（CARS-45-KXJ2；CA2S-45-SYZ4）

李興安（1965-），男，研究員，E-mail：Lxingan@sina.com