線粒體基因組學在乳白蟻屬鑒定領域的研究進展※

●丁志平 王明生 陸 軍 王晶晶 朱 君 袁大煒（張家港海關 江蘇 張家港 215600）

乳白蟻（CoptotermesWasmann）隸屬于等翅目（Isoptera）鼻 白 蟻 科（Rhinotermitidae Light）， 是世界范圍內(nèi)已知危害嚴重且容易被引進和傳播蔓延的最具威脅的白蟻種類［1］。目前世界范圍內(nèi)乳白蟻現(xiàn)存種共有67種，有化石記錄4種，其中亞洲44種、大洋洲11種、美洲8種、非洲 7種［2］。被我國檢疫部門截獲過的有20種，其中包括大家白蟻、婆羅乳白蟻、臺灣乳白蟻、塞龐乳白蟻和格斯特乳白蟻等［3］。乳白蟻屬下各種之間形態(tài)彼此極為相似，利用傳統(tǒng)形態(tài)分類學鑒定非常困難［4］，而且白蟻屬于多形態(tài)昆蟲，當海關一線截獲只采集到工蟻、卵或者若蟲時，識別特征更少，形態(tài)鑒定更困難，因此尋找不受形態(tài)和發(fā)育期限制的新的鑒定方法成為白蟻鑒定的研究熱點。

1 線粒體基因組概況

線粒體是一種在多數(shù)真核細胞中普遍存在的由兩層膜包被的細胞器，是細胞中制造能量的結(jié)構(gòu)，是進行有氧呼吸的主要場所，在細胞代謝、衰老、死亡和生物進化等多個環(huán)節(jié)都有著重要的作用。線粒體擁有自身的遺傳物質(zhì)和遺傳體系，線粒體基因組是獨立于染色體基因組之外的細胞器基因組，不參與染色體基因重組，因此具有基因組成穩(wěn)定、普遍為母系遺傳、極少發(fā)生重組、基因排列相對保守等特點。

昆蟲線粒體DNA（mtDNA）長度為16 kb左右，結(jié)構(gòu)也為環(huán)狀閉合雙鏈 DNA，由37個基因組成，包括2個rRNA基因，22個tRNA基因和13個蛋白編碼基因， 此外還有一段非編碼區(qū)，又名控制區(qū)或 AT 富集區(qū)。昆蟲線粒體基因組上的基因根據(jù)編碼方向不同分為H鏈（正向編碼）和L鏈（反向編碼），遵循母性遺傳原則。線粒體DNA顯示出來的差異不是基因重組，而是基因突變的結(jié)果。對mtDNA的系統(tǒng)分析可直接反映出種的母性發(fā)展史，隨著測序技術的快速發(fā)展和高通量測序的應用，測定了大量昆蟲線粒體基因組序列。因此，mtDNA分析已成為研究昆蟲種群遺傳和系統(tǒng)演化的重要方法。

2 乳白蟻屬線粒體基因研究現(xiàn)狀

據(jù)前期學者們的研究發(fā)現(xiàn)，目前測定的乳白蟻屬線粒體全基因組序列均編碼37個基因，包含22個tRNA基因、13個蛋白基因和2個rRNA基因以及一個長度不均的非編碼區(qū)［5］，其中23個基因（9個蛋白基因、14個tRNA基因）由J鏈編碼，剩余的14個基因由N鏈編碼。乳白蟻屬線粒體全基因組排列順序與其他白蟻物種的排列順序一致［6］，基因的間隔區(qū)與重疊區(qū)較小或不存在。

目前，依靠線粒體基因?qū)θ榘紫亴傧路N類進行分類鑒定研究的方式主要分為兩類：一類是依靠線粒體基因組中的單個或多個DNA片段，目前應用較多的有12S rRNA、16S rRNA、COI、COII、Cytb等基因。王建國等［7］利用線粒體16S rRNA、COII2個DNA序列片段，對從東南亞原木上截獲的乳白蟻屬的一些種類和我國及世界其他傳入?yún)^(qū)廣泛分布的臺灣乳白蟻（C.formosanus）的不同地理種群進行了比較，對一些不同來源地的白蟻種類進行分析歸類后推測端明乳白蟻（C.elisae）和曲顎乳白蟻 （C.curvignathus）為相同物種；張衛(wèi)東等［8］測定了東南亞6種乳白蟻的線粒體16S rRNA基因部分序列，并結(jié)合GenBank中乳白蟻同源序列，研究了其系統(tǒng)發(fā)育關系，并推斷臺灣乳白蟻（C.formosanus）與廣州乳白蟻 （C.guangzhouensis）存在同物異名的可能；權永兵等［9］對7種乳白蟻的線粒體細胞色素氧化酶COII基因進行測序，并進行序列分析及系統(tǒng)發(fā)育研究，推斷塞龐乳白蟻（C.sepangensis）和曲顎乳白蟻（C.curvignathus）可能為同物異名種［9］。

另一類是通過測定乳白蟻屬線粒體全基因組序列，進行比對分析，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹以及進化關系分析。李亞霄［5］通過測定包含4種乳白蟻在內(nèi)的6種白蟻線粒體全基因組，然后聯(lián)合NCBI中已發(fā)表的其他等翅目白蟻的線粒體全基因組，對60種等翅目白蟻構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹，并分析基因編碼特點、進化關系等，研究得出了乳白蟻屬內(nèi)4種乳白蟻的進化位置；廖一源［6］對六種白蟻的線粒體全基因組進行了測定，以及系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建與簡單的進化關系分析，并結(jié)合NCBI 數(shù)據(jù)庫中其他白蟻已公開的全基因組數(shù)據(jù)進行了多重序列比對，并在Cytb基因片段上尋找到了可作為散白蟻屬白蟻的分子分類鑒定的DNA條形碼。

3 NCBI乳白蟻屬線粒體序列公布情況

截至2021年5月15日，NCBI數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)公布的乳白蟻屬線粒體基因核苷酸序列共508條：全基因組序列共44條，覆蓋了包括澳刀乳白蟻（C.acinaciformis acinaciformis）、阿曼乳白蟻 （C.acinaciformis raあrayi）、端明乳白蟻（C.elisae）、 臺灣乳白蟻（C.formosanus）、大唇乳白蟻（C.frenchi）、格斯特乳白蟻（C.gestroi）等在內(nèi)的17種乳白蟻屬白蟻，分布于亞洲、非洲、美洲、大洋洲，其中最短的核苷酸序列為南美乳白蟻（C.testaceus），全長為14 601 bp，最長的為C.lacteus，全長為16 266 bp；線粒體部分基因組核苷酸序列共22條，包括長帶乳白蟻 （C.longistriatus）、端 明 乳 白 蟻（C.elisae）、 臺 灣 乳 白 蟻（C.formosanus）、廣 東 乳 白 蟻 （C.guangzhouensis）4種乳白蟻屬白蟻以及7條未列到種的乳白蟻屬的部分基因組核苷酸序列。

4 結(jié)論

隨著世界貿(mào)易的日益頻繁，我國在進出口過程中面臨的外來有害生物檢疫風險越來越高。因此，海關檢疫人員對外來截獲有害生物鑒定技術的需求也越來越強。面對傳統(tǒng)形態(tài)學鑒定的局限性，如何利用分子生物學技術快速、精準地對乳白蟻屬有害生物進行鑒定是目前研究的重要方向。目前越來越多種類乳白蟻屬線粒體全基因組序列已被國內(nèi)外學者測定公布，未來可構(gòu)建完善的屬內(nèi)進化關系，也為進一步研究、開發(fā)更為精準的分子鑒定方法提供重要的基礎。