柑橘類の赤いダニPanonychus citri (Acari: Tetranychidae)のミトコンドリア全ゲノム：高いゲノム再配列と極端に切断されたtRNA

The complete mitochondrial genome of the citrus red mite Panonychus citri (Acari: Tetranychidae): high genome rearrangement and extremely truncated tRNAs.

• Ming-Long Yuan
• Dan-Dan Wei
• Bao-Jun Wang
• Wei Dou
• Jin-Jun Wang

抄録

背景:

テトラニシキ科(Chelicerata: Acari)には約1200種が含まれており、その多くは農学的に重要な種である。これまでにテトラニキシー科のミトコンドリアゲノムの配列が決定されたのは2種のみであり、これら2種のミトコンドリアゲノムは、遺伝子の順序やヌクレオチドの頻度など、ゲノムの組織や構造に多くの異常な特徴があることが明らかになっています。利用可能な配列データの乏しさは、アカリ（ダニ類）の進化研究を大きく妨げてきた。テトラニチ科のミトコンドリアゲノムの情報は、系統評価や集団遺伝学、さらにはアカリ耐性遺伝子などの機能性遺伝子の分子進化の解明に非常に重要である。本研究では、世界的な害虫である柑橘類のミトコンドリア全ゲノムの塩基配列を決定し、他のアカリとの比較を行った。

BACKGROUND: The family Tetranychidae (Chelicerata: Acari) includes ~1200 species, many of which are of agronomic importance. To date, mitochondrial genomes of only two Tetranychidae species have been sequenced, and it has been found that these two mitochondrial genomes are characterized by many unusual features in genome organization and structure such as gene order and nucleotide frequency. The scarcity of available sequence data has greatly impeded evolutionary studies in Acari (mites and ticks). Information on Tetranychidae mitochondrial genomes is quite important for phylogenetic evaluation and population genetics, as well as the molecular evolution of functional genes such as acaricide-resistance genes. In this study, we sequenced the complete mitochondrial genome of Panonychus citri (Family Tetranychidae), a worldwide citrus pest, and provide a comparison to other Acari.

結果:

P. citri のミトコンドリアゲノムは、13,077 bp の典型的な円形分子であり、メタゾ類に通常見られる 37 個の遺伝子の完全なセットを含んでいる。これは、配列決定されたすべてのアカリおよび他のチェリケラータの中で最小のミトコンドリアゲノムであり、主にタンパク質をコードする遺伝子（PCG）、大きなrRNA遺伝子、およびA + Tに富んだ領域のサイズが大幅に縮小されていることに起因します。P. citriのミトコンドリア遺伝子オーダーはP. ulmiやTetranychus urticaeと同じであるが、他のアカリとは一連の遺伝子転座や反転によって明確に異なっている。P. citriのミトコンドリアゲノムの大部分は、高いA + T含有率（85.28％）を有しており、これはATリッチコドンの使用頻度が高いことにも反映されているが、正のGCスキュー（0.03）を示している。アカリのミトコンドリアnad1は他の遺伝子よりも速いアミノ酸置換率を示し、PCGのヌクレオチド置換パターンのばらつきはG + C含量と有意に相関していた。

RESULTS: The mitochondrial genome of P. citri is a typical circular molecule of 13,077 bp, and contains the complete set of 37 genes that are usually found in metazoans. This is the smallest mitochondrial genome within all sequenced Acari and other Chelicerata, primarily due to the significant size reduction of protein coding genes (PCGs), a large rRNA gene, and the A + T-rich region. The mitochondrial gene order for P. citri is the same as those for P. ulmi and Tetranychus urticae, but distinctly different from other Acari by a series of gene translocations and/or inversions. The majority of the P. citri mitochondrial genome has a high A + T content (85.28%), which is also reflected by AT-rich codons being used more frequently, but exhibits a positive GC-skew (0.03). The Acari mitochondrial nad1 exhibits a faster amino acid substitution rate than other genes, and the variation of nucleotide substitution patterns of PCGs is significantly correlated with the G + C content. Most tRNA genes of P. citri are extremely truncated and atypical (44-65, 54.1 ± 4.1 bp), lacking either the T- or D-arm, as found in P. ulmi, T. urticae, and other Acariform mites.

結論:

P. citriのミトコンドリア遺伝子オーダーは他のチリスとは著しく異なるが、テトラニキシー科の中では保存されており、テトラニキシー科が他のアカリから分岐した後に高い再配列が起こっていることを示している。比較解析の結果、ゲノムサイズ、遺伝子オーダー、遺伝子内容、コドン使用量、塩基組成はアカリのミトコンドリアゲノム間で強く変動していることが示唆された。非常に小さくて珍しいtRNA遺伝子はアカリ目ダニに共通しているように思われるが、さらなる実験的証拠が必要である。

CONCLUSIONS: The P. citri mitochondrial gene order is markedly different from those of other chelicerates, but is conserved within the family Tetranychidae indicating that high rearrangements have occurred after Tetranychidae diverged from other Acari. Comparative analyses suggest that the genome size, gene order, gene content, codon usage, and base composition are strongly variable among Acari mitochondrial genomes. While extremely small and unusual tRNA genes seem to be common for Acariform mites, further experimental evidence is needed.