雉科四族鳥類的分子系統發生研究

黃族豪，柯坫華，廖信軍

?

雉科四族鳥類的分子系統發生研究

*黃族豪，柯坫華，廖信軍

（井岡山大學生命科學學院，江西，吉安 343009）

為了研究雉科4個族（鶉族Perdicini、雉族Phasianini、眼斑雉族Argusianin和孔雀族Pavocini）的系統發生，本研究分析了雉科4屬7種鳥類線粒體DNA COI基因694 bp序列，共發現210個變異位點，其中簡約信息位點180個。4個族之間，眼斑雉族和孔雀族的遺傳距離最小為0.145；眼斑雉族和雉族間的最大為0.192。4個族在系統發生樹上聚成兩個明顯的分支，其中鶉族和雉族聚成一支，眼斑雉族和孔雀族聚成另一支。形態和分子的證據均表明眼斑雉族和孔雀族關系較近。

雉科；細胞色素C氧化酶亞基1；系統發生

雉科（Phasianidae）鳥類是自然界中一個重要的動物類群，擁有眾多著名的珍稀瀕危鳥類，具有重要經濟價值和科研價值。鄭作新[1]將我國雉科鳥類分成四個族：鶉族(Perdicini)、雉族(Phasianini)、眼斑雉族(Argusianini)和孔雀族(Pavonini)。國內外有關雉科鳥類的分子系統發生研究非常多[2-10]，這些研究主要集中于種和屬的分類研究。有關雉科族的親緣關系研究未見報道。

分子生物學已經成為研究動物分類和系統進化必不可少的技術手段[11]。近年來，利用線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）基因序列探討分類問題已成為分類學中的一種常用方法，該方法通過比較不同類群的同源DNA，重建分子系統樹，探討類群間的分類地位和系統進化關系[11]。mtDNA中的細胞色素C氧化酶亞基1（cytochrome oxidase subunitⅠ，簡稱COI）序列長度約650 bp，已被廣泛應用于動物種的分類及系統進化研究，特別是動物DNA條形碼研究[12]。本研究擬以COI基因為遺傳標記，研究雉科四族的系統發生。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

以雉科四個屬（鵪鶉屬、錦雞屬、孔雀雉屬和孔雀屬）分別代表四族（鶉族、雉族、眼斑雉族和孔雀族），每個屬選擇1-2種鳥類為研究對象，以綠頭鴨為外群。序列均來自GenBank（http://www.ncbi. nlm. nih. gov），具體見表1。

1.2 序列分析

用ClustalW程序[13]對DNA序列進行對位排列，并經人工仔細核查。然后用DnaSP5.10[14]確定變異位點；用MEGA5.0軟件[15]計算堿基組成。根據Kimura雙參數法[16]分類群間的遺傳距離，采用鄰接法（Neighbor-joining methods，NJ）[17]和最大簡約法(Maximum parsimony methods，MP)[18]重建系統發生樹，并用自舉檢驗(Bootstrap，BP)[19]法重復1000次計算系統樹中結點的置信值。

表1 本文分析的物種及序列來源

Table 1 Species examined and source of sequence data in the present study

2 結果

用Clustal W軟件進行對位排列和剪切對齊后，共得到雉科四族7種鳥類COI基因同源序列694 bp，平均堿基含量是25.1%A，28.4%T，16.0%G和30.5% C，A+T的含量為53.5%。序列比對共發現210個變異位點，其中簡約信息位點180個，占序列長度的25.94%。

采用鄰接法和最大簡約法構建的系統樹（圖1）都支持雉科四族聚成兩個大的分支，鶉族和雉族聚成一支，眼斑雉族和孔雀族聚成另一支，兩個分支間的遺傳距離是0.175 ± 0.013。四個族之間，眼斑雉族和孔雀族間的遺傳距離最小為0.145；眼斑雉族和雉族間的遺傳距離最大為0.192。

表2 雉科四族間的遺傳距離

Table 2 Genetic distance among the four tribes in Phasianidae

3 討論

鄭作新[1]將我國雉科鳥類歸于4個族，用以表明同一科之下，屬與屬間的親緣關系。國內外對雉科鳥類分子系統發生的研究非常多，但主要集中在種及屬的水平，很少涉及對族的分析。鄭作新[1]根據形態及行為等特征，推測眼斑雉族與孔雀族，而雉族和鶉族關系較近。本文的研究結果與此一致。

COI基因支持眼斑雉族和孔雀族屬于同一個進化支（圖1）。四個族之間，眼斑雉族和孔雀族間的遺傳距離最小，也支持眼斑雉族和孔雀族的親緣關系最近。Kimball et al[3]根據細胞色素b基因的研究結果也是孔雀雉屬和孔雀屬的關系最近。眼斑雉族和孔雀族鳥類體形均比較大，其雄鳥的尾羽或尾上覆羽具有大型而有金屬反光的眼狀斑?？梢姛o論是形態還是分子證據均表明眼斑雉族和孔雀族是姊妹族。

國內外有關“雉”和“鶉”的分類爭議很大。Kimball et al[2]認為“雉”和“鶉”兩個術語可能僅適用于雞形目鳥類的行為和形態特征，并不能反應它們的進化歷史。比如，分子證據均支持雉族的原雞屬（）和鶉族的竹雞屬（）是近緣屬。許多研究均表明雉類和鶉類不是單系群，而是多源性的。因此，包新康等[9]建議在雞形目分類系統中應取消雉族和鶉族的階元。

有關雉科鳥類的分子系統發生研究非常多，但結果差異很大，原因是多方面的[10]。首先是方法存在差異，如遺傳標記不一樣、構建系統樹的方法和模型不一樣等等；其次是鳥類中雜交非常普通，特別是雞形目鳥類中有近20%的種類間可以雜交[26]，而且其屬間鳥類也可以雜交[26-27]。這對重建雉科鳥類系統發生帶來很大困難[26]。由于COI基因進化速度適中，是動物DNA條形碼分類中的首選遺傳標記，常用來研究物種的編碼分類。本文以COI基因研究雉科四族的系統發生，發現不同族間鳥類COI基因相似性非常高，可見COI基因不僅可用于動物物種間DNA編碼研究，也可用于屬、族的分類研究。當然，為了系統深入分析雉科四族的分類關系，有必要選擇更多的代表物種和遺傳標記進行研究。

[1] 鄭作新. 中國動物志鳥綱第四卷—雞形目[M]. 北京:科學出版社, 1978.

[2] Kimball R T, Braun E L, Zwartjes P W, et al. A molecular phylogeny of the pheasants and partridges suggests that these lineages are not monophyletic[J]. Mol. Phylogenet. Evol.,1999,11: 38-54.

[3] Kimball RT, Braun E L, Ligon J D, et al. A molecular phylogeny of the peacock-pheasants (Galliformes:spp.) indicates loss and reduction of ornamental traits and display behaviours[J]. Biol. J. Linn. Soc., 2001, 73: 187-198.

[4] Bush K L, Strobeck C. Phylogenetic relationships of the Phasianidae reveals possible non-pheasant taxa[J]. J. Hered., 2003, 94: 472-489.

[5] Dyke G J, Gulas B E, Crowe T M. Suprageneric relationships of galliform bird (Aves, Galliformes): a cladistic analysis of morphological characters[J]. Zool. J. Linn. Soc., 2003, 137: 227-244.

[6] Crowe T M，Bowie R C K，Bloomer P，et al. Phylogenetics，biogeography and classification of，and character evolution in, gamebirds(Aves：Galliformes)：effects of character exclusion, data partitioning and missing data[J]．Cladistics，2006, 22: 495-532.

[7] Pereira S L, Baker A J. A molecular timescale for galliform birds accounting for uncertainty in time estimates and heterogeneity of rates of DNA substitutions across lineages and sites[J]. Mol. Phylogenet. Evol., 2006, 38: 499-509.

[8] Kimball R T, Braun E L. A multigene phylogeny of Galliformes supports a single origin of erectile ability in non-feathered facial traits[J]. J. Avian Biol., 2008, 39: 438-445.

[9] 包新康, 劉乃發, 顧海軍, 周曉雯. 雞形目鳥類系統發生研究現狀[J]. 動物分類學報, 2008, 33: 720-732.

[10] Huang Z H, Liu NF, Xiao YA, et al. Phylogenetic relationships of four endemic genera of the Phasianidae in China based on mitochondrial DNA control region genes[J]. Mol. Phylogenet. Evol., 2009, 52: 378-383.

[11] Avise J C. Molecular Markers, Natural History and Evolution[M]. New York:Chapman & Hall, 1994.

[12] 肖金花，肖暉，黃大衛. 生物分類學的新動向——DNA條形編碼[J].動物學報,2004, 50(5): 852-855.

[13] Thompson J D, Gibson T J, Plewniak F. The Clustal X windows interface flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tool[J]. Nucleic Acid Research, 1997, 24: 4876-4882.

[14] Librado P, Rozas J. DnaSP v5: A software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data[J]. Bioinformatics, 2009, 25: 1451-1452

[15] Tamura K, Peterson D, Peterson N, et al. MEGA5: Molecular Evolutionary Genetics Analysis using Maximum Likelihood, Evolutionary Distance, and Maximum Parsimony Methods [J].Mol. Biol. Evol., 2011, 28: 2731-2739.

[16] Kimura M M. A simple method for estimating evolutionary rate of base substitutions though comparative studies of nucleotide sequences [J]. J. Mol. Evol., 1980, 16:111-120.

[17] Saitou N, Nei M. The neighbor-joining method: A new method for reconstruction phylogenetic trees[J]. Mol.Biol.Evol., 1987, 4:406-425.

[18] Swofford D L, Begle D P. PAUP: phylogenetic analysis using parsimony, ver.3.1 user’s manual[M]. Illinois Natural History Survey, Champaign IL., 1993.

[19] Felsenstein J. Confidence limits on phylogenies: An approach using the bootstrap[J]. Evolution, 1985, 39:783-791.

[20] Kerr K C, Birks S M, Kalyakin M V, et al. Filling the gap- COI barcode resolution in eastern Palearctic brids[J]. Front. Zool., 2009, 6:161-163.

[21] Nishibori M, Hayashi T, Tsudzuki M, et al. Complete sequence of the Japanese quail (Coturnix japonica) mitochondrial genome and its genetic relationship with related species[J]. Anim. Genet., 2001, 32 (6), 380-385.

[22] Shen Y Y, Liang L, Sun Y B, et al. A mitogenomic perspective on the ancient, rapid radiation in the Galliformes with an emphasis on the Phasianidae[J]. BMC Evol. Biol., 2010, 10:171-173.

[23] Cai Y, Yue B, Jiang W, et al. DNA barcoding on subsets of three families in Aves[J]. Mitochondrial DNA, 2010, 21:132-137.

[24] Shen Y Y, Shi P, Sun Y B, et al. Relaxation of selective constraints on avian mitochondrial DNA following the degeneration of flight ability[J].Genome Res., 2009, 19:1760-1765.

[25] Ebert P D, Stoeckle M Y, Zemlak T S, et al. Identification of Birds through DNA Barcodes[J]. PLoS Biol., 2004, 2: 312.

[26] Grant P R, Grant B R. Hybridization of bird species[J]. Science, 1992, 256: 193-197.

[27] Peterle T J. Intergeneric galliform hybrids: a review[J]. Wilson Bull., 1951, 63: 219-223.

MOLECULAR PHYLOGENETICS OF FOUR TRIBES IN PHASIANIDAE

*HUANG Zu-hao, KE Dian-hua, LIAO Xin-jun

(School of Life Sciences, Jinggangshan University, Ji’an , Jiangxi 343009, China)

To demonstrate the phylogenetic relationships of four tribes in Phasianidae (Perdicini, Phasianini, Argusianini and Pavocini), a total of 694 nucleotides of mitochondrial DNA (mtDNA) COI genes of 7 species from 4 genera were analyzed. There are 210 variable sites including 180 parsimony sites. The genetic distance ranged from 0.145 (and) to 0.192 (and) among the four tribes. Neighbor-joining method and Maximum parsimony method were used to construct molecular phylogenetic tree, which grouped the four tribesinto two deeply divergent clades. Analysis of mtDNA COI genes strongly supported Perdicini and Phasianini in a clade, while Argusianini and Pavocini formed the other clade. Morphological and molecular data supported Argusianini and Pavocini were sibling tribes.

phasianidae; cytochrome oxidase subunit Ⅰ; phylogeny

1674-8085(2013)02-0103-04

Q459.7+25

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2013.02.024

2012-09-12；

2012-10-28

國家自然科學基金項目（30960051, 31260088）；江西省自然科學基金項目（2009GZN0075）；江西省教育廳科技項目（GJJ11529）

*黃族豪(1975-)，男，湖南新寧人，教授，博士，主要從事鳥類分子生態學研究(E-mail:hzhow@163.com);

柯坫華(1972-)，男，江西彭澤人，講師，博士，主要從事鳥類學研究(E-mail:kemule@qq.com);

廖信軍(1978-)，男，江西吉安人，實驗師，碩士，主要從事動物遺傳學研究(E-mail:liaoxinjun7811@126.com).