西方蜜蜂的线粒体DNA细胞色素氧化酶亚基-I～细胞色素氧化酶亚基-II富含A＋T非编码区单倍型类群

李兴安　牛庆生　薛运波

（吉林省养蜂科学研究所，吉林132108）

西方蜜蜂的线粒体DNA细胞色素氧化酶亚基-I～细胞色素氧化酶亚基-II富含A＋T非编码区单倍型类群

李兴安牛庆生薛运波

（吉林省养蜂科学研究所，吉林132108）

西方蜜蜂（Apis mellifera）的线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）细胞色素氧化酶亚基-I（cytochrome C oxidase subunit I,COI）～细胞色素氧化酶亚基-II（COII）富含A+T非编码区（AT-rich noncoding region，NC）属于高变异DNA序列，既呈现mtDNA长度变异又呈现mtDNA序列变异，它作为mtDNA多态性标记广泛地应用于A.m.地理亚种的DraI酶限制性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism，DraI RFLP）分析和单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）分析。在本文中，A.m.非洲世系mtDNA的28种DraI RFLP谱图被归纳为3种COI-COII NC单倍型类群，即P0、Q元件组成类群，P1、Q元件组成类群以及P2、Q元件组成类群；A.m.西部欧洲世系mtDNA的90种DraI RFLP谱图被归纳为1种COI-COII NC单倍型类群，即P、Q元件组成类群；A. m.东部欧洲世系mtDNA的25种SNP谱图被归纳为1种COI-COII NC单倍型类群，即Q元件组成类群；A.m.亚洲世系mtDNA的29种DraI RFLP谱图被归纳为3种COI-COII NC单倍型类群，即P0、Q元件组成类群，P0'、Q元件组成类群以及P1'、Q元件组成类群。本文综述了这个研究进展。

西方蜜蜂；细胞色素氧化酶亚基-I～细胞色素氧化酶亚基-II非编码区；线粒体DNA单倍型类群

西方蜜蜂（Apis mellifera，A.m.）是兼具生态环境保护（例如，保持植物多样性）、设施农业发展（例如，介导农作物授粉）以及商业性养蜂生产（例如，促进蜂蜜后熟）等多重价值的一个蜜蜂属物种［1-4］。

多数学者认为，A.m.起源于非洲或（和）西部亚洲或（和）中部亚洲，并且在沿欧洲大陆扩展过程中自然分布于西部欧洲和东部欧洲［5，6］。昆虫形态变异分析（和昆虫系统地理学分析）将A.m.大致划分为24～29个地理亚种，或演化谱系，或亲缘谱系，或系统发育分支［7-9］。事实上，相对于其它显花植物传粉昆虫，A.m.具有低的种内多样性［10］；而且，A.m.种内多样性长期遭受商业性蜜蜂繁育、蜜蜂转地饲养、外来蜜蜂输入乃至蜜蜂蜂群崩溃综合征等诸多非自然选择因素的影响［11］。因此，伴随A.m.自然分布格局逐渐消失和A.m.种群数量不断减少，A.m.种内多样性呈现下降趋势［9，12，13］。

蜜蜂保护研究的一个主要内容是通过A.m.线粒体DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）单倍型分析获得A. m.地理亚种的分子证据［14］。Cornuet等（1991）最初通过比较A.m.与黑腹果蝇近缘物种Drosophila yakuba的mtDNA同源区发现，A.m.的mtDNA细胞色素氧化酶亚基-I基因与CO亚基-II（COII）基因之间存在长串联重复DNA序列，并且将其命名为COI-COII基因间隔序列［15］。之后，Crozier等（1993）进一步发现，这段mtDNA特异序列尚存在1个亮氨酸转运RNA（t-RNALeu）基因，t-RNALeu基因与COII基因之间的DNA序列如同mtDNA其它基因间隔序列，是富含A＋T（或T＋A）重复序列的非编码区［16］。迄今为止，A.m.的mtDNA单倍型分析表明，NC是mtDNA在分子进化过程中保留A.m.种内多样性“遗迹”的最丰富“印记”，它作为一种多态性mtDNA标记已经被广泛地应用于鉴定A.m.地理亚种［8］。大量文献详细报道了A.m.地理亚种的COI-COII单倍型，即A.m.地理亚种mtDNA多态性。总体上，A.m.地理亚种的COI-COII单倍型，既呈现mtDNA长度多态性规律又呈现mtDNA序列多态性规律，前者被表征为一系列DraI酶限制性片段长度多态性谱图，后者被表征为一系列单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）谱图。那么，这些研究成果意味着什么呢？

在非A.m.的mtDNA多态性相关文献中，例如，甲壳纲（Crustacea）击钩虾科（Talitridae）动物mtDNA单倍型分析研究，NC序列被描述为COI-COII非编码区（COI-COII NC）［17］。在此基础之上，本文以COI-COII NC为mtDNA单倍型研究的技术指标，进一步将A.m.地理亚种归纳为不同的COI-COII单倍型类群。

1　A.m.的COI-NC-COII

A.m.的mtDNA全长16,343碱基［16］。如同其他高等昆虫的mtDNA，A.m.的mtDNA由基因序列和基因间隔序列两部分组成。基因序列在mtDNA全长范围内占据多数序列坐位，为长片段mtDNA,包括2个核糖体亚基基因、22个必需氨基酸转运RNA基因和13个线粒体呼吸链组成型蛋白质基因，在物种进化过程中相对不变；基因间隔序列在mtDNA全长范围内占据少数序列坐位，为短片段mtDNA,包括1个mtDNA复制起始序列和多个NC，在物种进化过程中相对可变［16，18，19］。mtDNA复制起始序列具有相对短的序列长度，呈现相对简单的序列组成，涵盖相对少的遗传信息；NC具有相对长的序列长度，呈现相对复杂的序列组成，涵盖相对多的遗传信息［15］。相对于A.m.的mtDNA其它NC，COI-COII NC是mtDNA高变异区［18］。

相对于黑腹果蝇近缘物种Drosophila yakuba的COI-COII NC序列长度（仅几个碱基），A.m.的COICOII NC序列长度明显地增长（达几百乃至上千个碱基）［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，以其组成型序列P和序列Q（分别被命名为P元件和Q元件）形成组织结构单元，以其3'端与COII基因序列5'端相延续［20］。P元件全长54个碱基，占据COI-COII NC的近5'端区段，具有相对均一的DNA序列组成；Q元件全长194个碱基，占据COI-COII NC的近3'端区段，具有相对不均一的DNA序列组成﹙即它的近5'端序列长度为48个碱基，是部分COI基因序列的同源片段，被命名为Q1序列；它的中间序列长度为78个碱基，是全长t-RNALeu基因序列的同源片段，被命名为Q2序列；它的近3'端序列全长为70个碱基，是P元件的同源片段，被命名为Q3序列﹚［15］。在A.m.的COI-COII NC中，多个连续碱基缺失和（或）插入导致mtDNA的限制性核酸内切酶DraI酶切位点移码,COICOII NC由此成为DraI RFLP多态性分析获得mtDNA单倍型数据的一个遗传学基础［21］；另一方面，单个不连续碱基缺失和（或）插入及替换导致mtDNA的紧密连锁位点点突变，COI-COII NC由此成SNP多态性分析获得mtDNA单倍型数据的另外一个遗传学基础［14，21-24］。

在A.m.地理亚种的COI-COII NC单倍型分析中，mtDNA长度多态性既反映于P元件长度变异又反映于Q元件长度变异；mtDNA序列多态性仅反映于Q元件序列变异。对于P元件多态性，P元件缺失13个碱基时被命名为P0元件，缺失15个碱基时被命名为P1元件，缺失18个碱基时被命名为P2元件，全序列缺失意味着P元件从COI-COIINC“删除”。对于Q元件多态性，Q元件2拷贝串联重复被命名为QQ,3拷贝串联重复被命名为QQQ，4拷贝串联重复被命名为QQQQ，5拷贝串联重复被命名为QQQQQ。

2　A.m.的COI-COII NC单倍型类群

非洲大陆及其近海岛屿是A.m.的自然分布区［5，8］。昆虫形态变异分析（和昆虫系统地理学分析），将分布于那里的非洲蜂等A.m.地理亚种（及其相关生态类型）概括为A.m.非洲世系［25］。基于DraI RFLP分析，本文将A.m.非洲世系样本的28种DraI RFLP谱图归纳为3种A.m.的COI-COII NC单倍型类群，即P0、Q元件组成类群，P1、Q元件组成类群以及P2、Q元件组成类群［21，26-31］。其中，P0、Q元件组成类群具有1个P0元件和4个不同串联重复频率Q元件，至少包括P0Q、P0QQ、P0QQQ以及P0QQQQ 4种mtDNA单倍型类型［21，26-28，31］；P1、Q元件组成类群具有1个P1元件和3个不同串联重复频率Q元件，至少包括P1Q、P1QQ以及P1QQQ 3种mtDNA单倍型类型［21］；P2、Q元件组成类群具有1个P2元件和2个相同串联重复频率Q元件，仅为P2QQ 1种mtDNA单倍型类型［21］。

（未完待续）

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

吉林省科技发展计划项目（20130101094JC；20140101132JC）、国家蜂产业技术体系（CARS-45-KXJ2；CA2S-45-SYZ4）

李兴安（1965-），男，研究员，E-mail：Lxingan@sina.com