Análisis comparativos de mitogenoma de doce no

Sep 11, 2023

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 9200 (2023) Citar este artículo

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La familia Chironomidae está representada por siete subfamilias en China, entre las cuales Chironominae y Orthocladiinae son las más diversas. Para comprender mejor la arquitectura y la evolución de los mitogenomas de Chironomidae, secuenciamos mitogenomas de doce especies (incluidas dos especies publicadas) de las dos subfamilias Chironominae y Orthocladiinae, y se realizaron análisis mitogenómicos comparativos. Por lo tanto, identificamos la organización del genoma altamente conservada de doce especies con respecto al contenido del genoma, la composición de nucleótidos y aminoácidos, el uso de codones y las características de los genes. Los valores Ka/Ks de la mayoría de los genes que codifican proteínas eran mucho más pequeños que 1, lo que indica que estos genes estaban evolucionando bajo una selección purificadora. Las relaciones filogenéticas entre la familia Chironomidae se reconstruyeron usando 23 especies que representan seis subfamilias, en base a genes codificadores de proteínas y ARNr usando Inferencia Bayesiana y Máxima Verosimilitud. Nuestros resultados sugirieron la siguiente relación dentro de los Chironomidae: (Podonominae + Tanypodinae) + (Diamesinae + (Prodiamesinae + (Orthocladiinae + Chironominae))). Este estudio contribuye a la base de datos mitogenómica de Chironomidae, que será importante para estudiar la evolución mitogenómica de Chironomidae.

El genoma mitocondrial de los animales es generalmente pequeño (15–20 kb) y comprende 37 genes, es decir, 13 genes codificadores de proteínas (PCG), 22 genes de ARN de transferencia (tRNA), los genes de unidades de ARN ribosómico grande y pequeño (rrnL y rrnS, respectivamente). Por lo general, también hay una sola región no codificante grande que contiene elementos de control para la replicación y la transcripción, y en el genoma mitocondrial se producen varias regiones espaciadoras y superpuestas1,2,3,4. A diferencia del genoma nuclear, los mitogenomas generalmente se heredan por vía materna, ocurren de cientos a miles de copias por célula5 y muestran muy poca recombinación en animales6,7. Además, la comparación de los arreglos de genes mitocondriales animales se ha convertido en un medio poderoso para inferir relaciones evolutivas a largo plazo, ya que los reordenamientos parecen ser eventos únicos y generalmente raros que es poco probable que surjan de forma independiente en linajes evolutivos separados1.

Los quironómidos (Diptera: Chironomidae) son importantes insectos acuáticos y están ampliamente distribuidos en todas las regiones biogeográficas del mundo. Además, las larvas de quironómidos son bioindicadores de uso común de los ecosistemas de agua dulce8. El estudio de la evolución sistemática de Chironomidae se basó inicialmente en la morfología9,10, sin embargo, la genética molecular moderna ha resuelto aún más la diversidad taxonómica y la filogenética, principalmente a través de marcadores genéticos que incluyen secuencias mitocondriales11,12,13,14,15,16. Además, los Chironomidae son un gran grupo de insectos dípteros, con más de 6300 especies conocidas; sin embargo, hasta el momento solo se han publicado unos pocos mitogenomas completos de Chironomidae17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 . Estudios previos proporcionan principalmente descripciones de genomas mitocondriales individuales o análisis comparativos de mitogenomas dentro de géneros o entre subfamilias. Sin embargo, existen pocos mitogenomas y estudios comparativos de las más diversas subfamilias Orthocladiinae y Chironominae. Además, quedan algunas controversias con respecto a las relaciones filogenéticas dentro de los Chironomidae.

En este estudio, presentamos nuevos conocimientos sobre las relaciones filogenéticas entre las diferentes subfamilias de Chironomidae. Además, realizamos análisis comparativos de la estructura del mitogenoma, la composición de bases y las tasas evolutivas entre doce especies que representan las subfamilias Orthocladiinae y Chironominae. Usando mitogenomas publicados previamente de las subfamilias Prodiamesinae, Podonominae, Tanypodinae y Diamesinae, empleamos genes mitocondriales aislados de mitogenomas completos para explorar la filogenia de Chironomidae. Además, evaluamos la monofilia de Orthocladiinae y proponemos transferir el género Propsilocerus de Orthocladiinae a Prodiamesinae.

Incluimos diez mitogenomas de Chironomidae inéditos y dos mitogenomas completos publicados (es decir, Chironomus nipponensis23 y Polypedilum nubifer24). Además, 11 secuencias del genoma mitocondrial de Chironomidae publicadas anteriormente se recuperaron del NCBI Genbank. En total, se utilizaron 23 especies de Chironomidae como grupos internos, incluidas 12 de las cuales eran Chironominae, 5 Orthocladiinae, 3 Prodiamesinae, 1 Podonominae, 1 Tanypodinae y 1 Diamesinae. La información de la colección y los números de acceso de todos los especímenes se muestran en el Apéndice S1. Las muestras se identificaron con base en descripciones morfológicas y se conservaron y almacenaron en etanol al 85%. Los grupos externos se seleccionaron con base en hipótesis filogenéticas publicadas en Culicomorpha que consideran a Chironomidae estrechamente relacionado con Ceratopogonidae y Simuliidae27,28. Todos los especímenes secuenciados para este estudio fueron depositados en la Facultad de Biología y Recursos Agrícolas de la Universidad Normal de Huanggang, provincia de Hubei, China. El ADN genómico se extrajo de tres a cinco especímenes adultos agrupados en un tubo de centrífuga utilizando el kit TIANamp Micro DNA (TIANGEN Biotech, Beijing, China), de acuerdo con las instrucciones del fabricante.

Se construyeron bibliotecas de secuenciación de extremos emparejados con un tamaño de inserción de 350 pb a partir de extractos de ADN purificado de acuerdo con un protocolo estándar para la construcción de bibliotecas de ADN de Illumina. La secuenciación se llevó a cabo utilizando una plataforma Illumina NovaSeq 6000 (Illumina, San Diego, CA, EE. UU.) por un proveedor de servicios comerciales (Origingene, Shanghái, China). Se realizó una evaluación de la calidad de los archivos FASTQ sin procesar de las dos bibliotecas utilizando FastQC v0.11.8 (http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/). Las secuencias del adaptador se eliminaron con Trimmomatic v0.3029 y se retuvieron aproximadamente 2 Gb de datos limpios por biblioteca después del recorte. Las secuencias originales se filtraron para obtener secuencias limpias de alta calidad que luego se ensamblaron utilizando espadas v.3.11.130 y Getorganells31.

Después del ensamblaje, MITOS32 y el buscador de ORF (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/) se usaron para la anotación de PCG y genes de ARN ribosómico (ARNr). Luego, se aplicaron NCBI Blastp y Blastn (e-value <0.001, identidad> 90%) para comparar PCG y genes rRNA de mitogenomas de especies relacionadas informadas anteriormente. ARWEN1.233 (http://mbio-serv2.mbioekol.lu.se/ARWEN/) y tRNAscan-SE 2.034 se utilizaron para anotar los tRNA.

Los mapas del mitogenoma se produjeron utilizando el servidor CG View 1.035. MEGA X36 y Codonw 1.4.4 se usaron para análisis estadísticos de composición de bases, uso de codones y uso relativo de codones sinónimos (RSCU). MISA37,38 se utilizó para la detección de repeticiones de secuencia simple (SSR) en todos los genomas. DnaSP 6.12.0339 se utilizó para el análisis de tasas de sustitución no sinónimas (Ka) y tasas de sustitución sinónimas (Ks). El sesgo de composición de nucleótidos se calculó de acuerdo con AT-skew = (A-T)/(A+T) y GC-skew = (G-C)/(G+C), como se informó anteriormente40. Los datos de AT-Skew y GC-Skew se normalizaron para su visualización utilizando R (paquete pheatmap).

Los análisis filogenéticos se realizaron en Bayesian Inference y Maximum Likelihood utilizando todos los genes PCG y rRNA en PhyloSuite41 con varios programas complementarios: el primer procedimiento es estandarizar nombres de genes sinónimos e identificar características de anotación problemáticas, seguido de la extracción de secuencias; a partir de entonces, las secuencias de nucleótidos y aminoácidos de los genes se alinearon individualmente utilizando Mafft v7.40742 con el modo de alineación normal y se recortaron utilizando Gblocks v0.9143 con la configuración predeterminada para eliminar las regiones alineadas de forma ambigua. Luego se concatenaron alineaciones de 13 PCG y 2 rRNA en una supermatriz con la función 'concatenar secuencias'; además, esta función puede registrar el índice de cada gen durante la concatenación y generar un archivo de partición, que se puede usar en el software PartitionFinder. Luego, PartitionFinder244 seleccionó los esquemas y modelos de partición más adecuados para las secuencias concatenadas según el criterio AICc. Los análisis de máxima verosimilitud (ML) utilizando el modo de partición se realizaron con IQ-TREE 1.6.845, el arranque con ultrarrápido46, y los valores de soporte nodal se calcularon con 5000 réplicas de arranque. El análisis de inferencia bayesiana (BI) se realizó utilizando MrBayes 3.2.647 con los modelos de partición. Se realizaron corridas de Monte Carlo de la cadena de Markov de 200,000 generaciones, y se tomaron muestras de árboles cada 1000 generaciones con el primer 25% de los árboles descartados como quemados. Anopheles quadrimaculatus (acceso NCBI NC000875), Wyeomyia confusa (MK575492), Simulium variegatum (NC033348), Simulium maculatum (NC040120), Forcipomyia sp. (MK000395) y Culicoides arakawae (NC009809) como grupos externos. La topología del árbol se visualizó utilizando iTOL48.

El orden de genes y las características de disposición de los doce mitogenomas en el presente estudio (Chironomus kiiensis, Chironomus nipponensis, Chironomus plumosus, Dicrotendipes pelochloris, Dicrotendipes sp., Einfeldia sp., Glyptotendipes tokunagai, Limnophyes sp., Nilodorum tainanus, Polypedilum nubifer, Smittia aterrima , y Tanytarsus formosanus) eran similares a los de otros quironómidos informados anteriormente (p. ej., 20, 22, 25, 26). Los mitogenomas eran circulares y comprendían 13 PCG, 2 genes de ARNr y 22 genes de ARNt (Fig. 1). Longitud del mitogenoma osciló entre 15 699 pb en Dicrotendipes sp. y 16 184 pb en Chironomus nipponensis (Tabla 1). La mayor parte de la variación de tamaño se debió a diferencias en la región de control, y algunos genomas mostraron regiones no codificantes adicionales dentro de la región codificante. Entre estos genes, cuatro Los PCG (ND1, ND4, ND4L y ND5), ocho tRNA (trnQ, trnC, trnY, trnF, trnH, trnP, trnL y trnV) y dos rRNA (12S rRNA y 16S rRNA) fueron codificados por la cadena minoritaria ( cadena N), mientras que los otros 23 genes estaban ubicados en la cadena mayoritaria (cadena J) (Apéndice S2). ATP8-ATP6 y ND4L-ND4 superpuestos por siete nucleótidos (ATGATAA y ATGTTAA, respectivamente) en las doce especies de Chironomidae.

Mapas del mitogenoma de 12 especies de Chironomidae.

Todos los mitogenomas examinados aquí mostraron sesgos en la composición de bases, como se observa típicamente en los mitogenomas de insectos49. El contenido de AT y las estadísticas de sesgo se muestran en la Tabla 1, lo que indica un sesgo A + T pronunciado (75,55 %–79,45 %). La región de control mostró el mayor contenido de A + T, variando de 95,39% (Chironomus nipponensis) a 99,14% (Einfeldia sp.), mientras que las posiciones del primer y segundo codón de los PCG tuvieron el contenido de A + T más bajo, variando de 66,77 a 71,01%. Con respecto a los mitogenomas completos, los valores de AT-skew fueron positivos, variando de 0.010 (Einfeldia sp.) a 0.057 (Polypedilum nubifer), mientras que los valores de GC-skew fueron negativos en todas las especies, variando de − 0.257 (Polypedilum nubifer) a − 0,147 (Limnophyes sp.) (Fig. 2).

(A) Valores AT-skew de varios conjuntos de datos de doce mitogenomas de quironómidos. Agrupamiento jerárquico de especies de quironómidos (eje y) basado en el sesgo AT. (B) Valores de sesgo de GC de varios conjuntos de datos de doce mitogenomas de quironómidos. Agrupamiento jerárquico de especies de quironómidos (eje y) basado en el sesgo de GC. La leyenda mostraba la puntuación normalizada de los valores AT-Skew y GC-Skew.

El análisis con MISA37 mostró la presencia de 5 a 19 SSR desiguales en cada uno de los 12 mitogenomas (Fig. 3), y los SSR estaban dominados principalmente por repeticiones de un solo nucleótido; el número de repeticiones de dinucleótidos de cada especie fue generalmente 1 ó 2 (excepto para Dicrotendipes sp., Einfeldia sp.). Las repeticiones de trinucleótidos ocurrieron solo en Nilodorum tainanus y Smittia aterrima. El nucleótido único era repetitivo para A/T, y el dinucleótido repetía solo los tipos AT/TA. Las repeticiones de trinucleótidos mostraron solo ATT repetido y no se detectaron tipos CG/GC. Todos los SSR contenían altas proporciones de bases A o T.

Repeticiones de secuencia simple (SSR) en los genomas mitocondriales de 12 especies.

Los mitogenomas comprendían 13 PCG clásicos, de los cuales 7 eran genes de la subunidad NADH deshidrogenasa (nad), 3 eran genes de la subunidad citocromo c oxidasa (cox), 2 eran genes de la subunidad ATP sintasa (atp) y 1 era un gen del citocromo b (cytb) . La longitud total de los PCG osciló entre 11.106 y 11.220 pb, y el contenido de A+T en esta región osciló entre 72,55 y 76,54 %. El contenido de A + T de la posición del tercer codón (82,32–91,98 %) fue mayor en comparación con el del primer (67,58–71,01 %) y el segundo codón (66,77–68,33 %) (Tabla 1).

Se observaron seis tipos de codones de inicio (ATG, ATC, GTG, ATT, ATA y TTG) (Fig. 4). Entre especies, los codones de inicio del mismo PCG diferían; el gen atp8 comenzó con ATA, ATT, GTG o ATC en diferentes especies; el gen coxI comenzó con TTG, ATA, ATT o ATG; el gen nad1 comenzó con TTG, ATA, ATT o GTG; el gen nad2 comenzó con ATA, ATT o ATG; el gen nad3 comenzó con ATT o ATC; el gen nad5 comenzó con ATT o GTG; el gen nad6 comenzó con ATA, ATT o ATC; los genes atp6, coxII, coxIII, cytb, nad4 y nad4L comenzaron con ATG. La presencia de codones de inicio alternativos en los genomas mitocondriales puede tener implicaciones para la expresión génica, la eficiencia de la traducción y la precisión de la traducción. Por ejemplo, se identificó una variante del codón de inicio TTG para el gen coxI, en lugar del codón de inicio ATN convencional. Esta variación puede conducir a una disminución en la eficiencia de la traducción, provocando así una expresión proteica incompleta.

Comparación de codones de inicio (A) y codones de terminación (B) de PCG de doce especies.

Además, había dos tipos de codón de parada: TAA y TAG. El gen nad4 terminó con TAA o TAG, otros genes terminaron con TAA (Apéndice S2). La longitud de cada PCG fue consistente entre las especies (Fig. S1), de las cuales el gen nad5 fue el más largo (1600–1800 pb), seguido por el gen coxI (1500–1600 pb) y el gen ATP8 fue el más corto ( < 200 pb).

El número total de codones osciló entre 3702 y 3740 en los 13 genes que codifican proteínas, excluyendo los codones de terminación (Tabla 1). Los codones que codifican Ile, Leu2, Phe y Ser2 (492–543, 390–469, 368–435 y 213–228, respectivamente) fueron más abundantes en comparación con los codones que codifican otros aminoácidos. Los codones que codifican Trp, Cys y Met fueron menos (5–15, 29–40 y 19–40, respectivamente) (Fig. 5). Los 12 mitogenomas compartían las mismas familias de codones y tenían características similares a RSCU. Para cada aminoácido, los codones de uso más prevalentes fueron NNA y NNU (Fig. 6), lo que fue consistente con el mayor contenido de A + T del tercer codón de PCG.

Patrones de uso de codones en los 12 mitogenomas. Las familias de codones se muestran en el eje X y los codones totales se muestran en el eje Y.

Uso relativo de codones sinónimos (RSCU) para los genomas mitocondriales de doce especies. Las familias de codones y los valores RSCU se muestran en el eje Y. El agrupamiento jerárquico de especies de quironómidos (eje x) basado en RSCU se muestra en el eje x.

La proporción de Ka/Ks (ω) se utilizó para investigar las tasas evolutivas de los PCG mitocondriales (Fig. 7). Los resultados mostraron que los valores de ω de los 12 PCG (excepto nad5) estaban todos por debajo de 1,0, lo que indica un fuerte mecanismo de reparación contra mutaciones perjudiciales en la mayoría de los PCG. Sin embargo, la relación Ka/Ks difería significativamente entre los genes individuales, lo que implica que la región comprendía restricciones funcionales variables. El valor Ka/Ks de nad5 fue el más alto, lo que implica la presión selectiva menos purificadora. coxI exhibió el valor Ka/Ks más bajo, lo que indica la presión selectiva de purificación más fuerte.

Tasa de evolución (Ka/Ks) de cada GCP. Los nombres de los PCG se muestran en el eje X y los valores Ka/Ks se muestran en el eje Y.

Se encontraron veintidós ARNt típicos en doce especies de Chironomidae. El número de pares de bases en los 22 ARNt osciló entre 64 y 74 pb (trnK) (Apéndice S2). El contenido de AT de los genes de ARNt estaba sesgado por A + T, y oscilaba entre el 79,21 % (Limnophyes sp.) y el 81,11 % (Polypedilum nubifer). Todos los ARNt exhibieron un sesgo AT positivo y un sesgo GC positivo (Tabla 1, Fig. 2).

Los dos genes que codifican las subunidades ribosómicas se ubicaron entre trnV y la región de control y entre trnL1 y trnV, respectivamente. La longitud de los genes rrnL varió de 1299 a 1430 pb, y la de los genes rrnS varió de 785 a 837 pb (Apéndice S2). Tanto los genes 12S rRNA como los genes 16S rRNA estaban en la cadena N. El contenido A+T de los genes 12S rRNA osciló entre el 82,29 % (Smittia aterrima) y el 84,32 % (Polypedilum nubifer), y el de los genes 16S rRNA osciló entre el 83,76 % (Smittia aterrima) y el 85,67 % (Polypedilum nubifer). Los genes 12S rRNA exhibieron un sesgo AT negativo en Dicrotendipes sp., Limnophyes sp., Polypedilum nubifer y Tanytarsus formosanus y un sesgo AT positivo en las otras especies. Los genes 16S rRNA mostraron un sesgo AT positivo en Einfeldia sp., Nilodorum tainanus y Tanytarsus formosanus y un sesgo AT negativo en las otras especies. Los genes 12S rRNA exhibieron un sesgo positivo de GC en los 12 mitogenomas. Los genes 16S rRNA mostraron un sesgo de GC negativo en Tanytarsus formosanus y un sesgo de GC positivo en los otros mitogenomas (Tabla 1, Fig. 2).

La región de control es rica en bases A y T. Contiene los elementos reguladores y de iniciación de la transcripción y replicación del ADN mitocondrial y es la región no codificante más grande del genoma mitocondrial4. La familia Chironomidae es un grupo muy diverso de insectos acuáticos que poseen regiones de control complejas en su ADN mitocondrial. Estas regiones de control comprenden varios elementos reguladores, incluidos bloques de secuencias conservadas, regiones promotoras, estructuras de bucle de tallo, sitios de poliadenilación y otros componentes reguladores esenciales. Esta compleja disposición de elementos reguladores ofrece nuevos conocimientos sobre la regulación eficiente de la función mitocondrial, incluidas la transcripción y la replicación, que son necesarias para mantener la fisiología mitocondrial en Chironomidae y otros organismos. En el presente estudio, la longitud de la región de control varió notablemente entre especies, desde 69 pb (Chironomus kiiensis) hasta 682 pb (Dicrotendipes pelochloris), y se ubicó entre rrnS y trnI. Su tamaño puede afectar la eficiencia de la replicación y, en algunos casos, las regiones de control más pequeñas pueden mejorar la eficiencia de la replicación al reducir el tiempo requerido para que la maquinaria de replicación desenrolle el ADN e inicie la replicación. Los análisis de la región de control mostraron que las proporciones de A, T, G y C eran 36,76–48,80 %, 47,79–60,29 %, 0,48–2,63 % y 0–2,67 %, respectivamente. La región de control mostró un sesgo AT positivo en Nilodorum tainanus, Polypedilum nubifer y Tanytarsus formosanus y un sesgo AT negativo en las otras especies. La región de control exhibió un sesgo de GC negativo en Dicrotendipes sp., Glyptotendipes tokunagai, Limnophyes sp., Nilodorum tainanus, Smittia aterrima y Tanytarsus formosanus y un sesgo de GC positivo en las otras especies (Tabla 1, Fig. 2).

Los mitogenomas contienen múltiples tipos de información válida adecuada para análisis filogenéticos y evolutivos, como la secuencia de aminoácidos, la estructura secundaria del ARN y el orden de disposición de los genes50,51,52. En el presente estudio, los análisis filogenéticos basados ​​en el conjunto de datos de PCG y rRNA utilizando métodos ML y BI mostraron relaciones filogenéticas similares de seis subfamilias dentro de Chironomidae en términos de topología. Los árboles filogenéticos (Fig. 8) mostraron distintas subfamilias y monofilia confirmada, además de Orthocladiinae y Prodiamesinae. Este resultado respalda firmemente que Propsilocerus monofilético de Orthocladiinae es un taxón hermano de Monodiamesa + Prodiamesa de Prodiamesinae, lo cual es coherente con resultados anteriores13,20. Según Cranston et al. 13, Propsilocerus probablemente pertenece a Prodiamesinae más que a Orthocladiinae; sin embargo, Lin et al.20 consideraron a Prodiamesinae como un subgrupo de Orthocladiinae. Según las filogenias de nuestro mitogenoma, sería apropiado transferir Propsilocerus como un subgrupo de Prodiamesinae para hacer monofilético a Orthocladiinae. Además, comparamos los caracteres morfológicos entre Propsilocerus y las especies de Prodiamesinae con base en estudios previos53,54 e identificamos varias sinapomorfias: especies medianas a grandes, color generalmente de marrón a negro, abdomen típicamente con setas en manchas más pálidas; acrostichals típicamente ausentes, cuando están presentes largos y comenzando cerca de la proyección del scutal; R4+5 termina distal al final de M3+4; tibia posterior con espolón externo más largo que la mitad del largo del espolón interno; volsella inferior típicamente conspicuamente larga y ancha, surgiendo del margen interno cerca de la base y extendiéndose posteriormente aproximadamente al nivel del gonostylus. Combinando análisis de mitogenomas y evidencia morfológica, Propsilocerus debería ser transferido de Orthocladiinae a Prodiamesinae, tal como lo proponen Cranston et al.13.

Análisis filogenético de Chironomidae y especies relacionadas basado en el conjunto de datos de PCG + rRNA. Los números en las ramas representan valores de arranque (> 70 %) y los que están debajo de la rama representan probabilidades posteriores (> 90 %). Anopheles quadrimaculatus NC000875, Wyeomyia confusa MK575492, Simulium variegatum NC033348, Simulium maculatum NC040120, Forcipomyia sp. MK000395 y Culicoides arakawae NC009809 se utilizaron como grupos externos.

En la base de Chironomide, las subfamilias Podonominae y Tanypodinae son taxones ancestrales y fueron respaldados (BS = 100, PP = 1) como grupos hermanos de los taxones restantes. Diamesinae (BS = 100, PP = 1) era un clado hermano de Prodiamesinae + (Orthocladiinae + Chironominae). Prodiamesinae (BS = 100, PP = 1) era un grupo hermano de Orthocladiinae + Chironominae. En el presente estudio, los datos mitogenómicos utilizados para explorar las relaciones filogenéticas de seis subfamilias dentro de los Chironomidae generalmente mostraron tendencias consistentes con la sistemática tradicional basada en la morfología10. Por lo tanto, confirmamos que los datos mitogenómicos son críticos para las reconstrucciones filogenéticas a nivel de subfamilia en Chironomidae.

En los PCG de 12 mitogenomas, el contenido de A + T de la tercera posición del codón fue notablemente más alto que los de la primera y segunda posiciones, como en los mitogenomas publicados de otros Chironomidae. Para los mitogenomas completos, los valores de sesgo de AT fueron positivos, mientras que los valores de sesgo de GC fueron negativos en todas las especies, lo que está en línea con los genomas mitocondriales de la mayoría de los insectos que contenían más A que T, mientras que el contenido de G fue menor que el de C. Los SSR comprendían principalmente repeticiones de mono, di y trinucleótidos, con una alta proporción de bases A o T. En términos de uso de codones en este estudio, la frecuencia relativa del uso de codones sinónimos mostró que los codones que terminaban en A/U eran más frecuentes que los que terminaban en G/C, lo cual era consistente con las características de alto AT de los genomas mitocondriales de insectos.

En el análisis de la tasa de evolución mitocondrial del estudio actual, la relación Ka/Ks de todos los genes (excepto nad5) fue < 1, lo que indica principalmente la selección de purificación de PCG. El nad5 fue el más grande entre los 13 PCG, pero rara vez se usa en la filogenia de Chironomidae, probablemente debido a su rápida tasa de evolución. El gen coxI fue el segundo más largo y su valor Ka/Ks fue el más bajo; por lo tanto, proporciona las señales filogenéticas y evolutivas efectivas más fuertes y conservadas entre todos los genes, y se usa con frecuencia como un marcador de código de barras clave para identificar especies y determinar diferencias entre especies. En general, diferentes valores de Ka/Ks reflejaron que los genes se sometieron a diferentes grados de selección de purificación.

Según los resultados filogenéticos, las ramas básicas de Chironomidae incluían las subfamilias Podonominae y Tanypodinae. Cuando Propsilocerus se transfiere a la subfamilia Prodiamesinae, las seis subfamilias son monofiléticas. La relación filogenética de las seis subfamilias es así (Podonominae + Tanypodinae) + (Diamesinae + (Prodiamesinae + (Orthocladiinae + Chironominae))). La obtención de más datos sobre el genoma mitocondrial de Chironomidae proporcionará un apoyo importante para la investigación sobre la relación filogenética de Chironomidae.

Se proporcionó la siguiente información con respecto a la disponibilidad de datos: Los diez genomas mitocondriales recién secuenciados están disponibles en NCBI SRA (BioProject ID: PRJNA899133, PRJNA899132, PRJNA899129, PRJNA899131, PRJNA899130, PRJNA899128, PRJNA898980, PRJNA898895, PRJNA8980 97, PRJNA752912), y las secuencias ensambladas son disponible en GenBank (ON838252, ON838253, ON838254, ON838255, ON838256, ON838257, ON943041, MZ747094, MZ747093, MZ747091).

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Este estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (NSFC) (Subvención No. 32070483), Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Hubei (Subvención No. 2020CFB757), Fundación de Inicio de Investigación Científica para Ph.D. de la Universidad Normal de Huanggang (Subvención No. 2020010), Programa de capacitación en innovación y emprendimiento para estudiantes universitarios de la provincia de Hubei (Subvención No. S202010514053), Programa Nacional de Investigación de Recursos Fundamentales de Ciencia y Tecnología de China (Subvención No. 2019FY101800) y Universidad Normal de Huanggang Proyecto de Equipo (Subvención No. 4022019006).

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Xiangliang Fang, Bin Mao, Yunli Xiao, Mi Shen y Yue Fu

Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad de Nankai, Tianjin, 300071, China

Wang Wang

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Conceptualización, X.-LF y YF; software, X.-LF, BM; análisis formal, BM, MS; curación de datos, X.-LF, YF, Y.-LX, BM; redacción—preparación del borrador original, X.-LF; redacción—revisión y edición, X.-HW, YF; visualización, BM, YF; administración de proyectos, YF; adquisición de fondos, YF Todos los autores han leído y están de acuerdo con la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Yue Fu.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Colmillo, X., Wang, X., Mao, B. et al. Los análisis comparativos del mitogenoma de doce moscas que no pican proporcionan información sobre la filogenia de Chironomidae (Diptera: Culicomorpha). Informe científico 13, 9200 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36227-9

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Recibido: 03 Marzo 2023

Aceptado: 31 de mayo de 2023

Publicado: 06 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36227-9

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