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雀形目鸟类分子系统学研究进展摘要：雀形目鸟类是鸟纲中最大的一个类群，在自然界中有着广泛的适应辐射，有关该类群的起源以及各科演化关系，一直是一鸟类学研究中争论的主要问题之一。在系统学研究上，由于分子系统学所具有的优势，近些年越来越多的人应用分子系统学的方法进行鸟类系统发育研究。本文应用DNA序列分析的方法，分别以线粒体基因和细胞核基因为标记，综述雀形目分子系统学的最新研究成果。关键词：雀形目；鸟类；分子系统学；系统发育雀形目是鸟纲中种数最多的一个目。本目为鸟类最高等类群，在鸟类进化的历史上较其它各目出现较晚，并经历了剧烈的辐射进化阶段，种类繁多。全世界雀形目鸟类共约5302种，占世界鸟类总数的58.8%。我国有雀形目鸟类661种，约占我国鸟类总数的55.7%1。雀形目鸟类大多为小型种类，形态和生活习性比较相近，传统的系统学研究尚有许多争议的地方。因此，雀形目鸟类的分子系统学研究就显得更加必要。经典的分类学将雀形目分为四个亚目2:阔嘴鸟亚目(Eurylaimi)(含1科)、霸鹟亚目(Tyranni)(含13科)、琴鸟亚目(Menurae)(含2科)和鸣禽亚目(Oseines;song-hirds)(含40科左右)。由于鸣禽亚目的种类繁多，学者们对科阶元的划分意见很不统一，因此在其分类上目前争议最大。 Mayr and Amadon3(1951)把鸣禽亚目分为36科，Mayr and greenway4(1956)将其分为40个科，Amadon5(1957)分为42科，Wetmore6(1960)分为56科。DNA序列分析是通过比较各类群个体间同源基因或基因片段的核酸序列，从而构建分子系统发育树，推断类群间系统发育关系。目前在鸟类分子系统发育研究中，mtDNA序列的应用最为广泛，单拷贝核DNA(scnDNA)序列的应用也越来越多。1线粒体基因分子进化的研究线粒体DNA(mtDNA)具有易分离、进化速度快、母系遗传、缺乏重组和无内含子等特点。这些特点使线粒体DNA成为分子系统发育学研究的一类重要的分子标记，而且也是当前鸟类分子系统发育研究的主要方法7。1.1细胞色素氧化酶基因（Co）细胞色素C氧化酶亚单元 (Cytochrome oxidase subunit，Co)基因是一种线粒体蛋白质编码基因。在鸟类中该基因全长为1,551bp，密子码第3位点进化最快，而第二位点最为保守。Stoeckle和 Hebert(2004)研究了北美130种鸟类Co基因序列(648bp)表明，其种间差异远大于种内差异8。在国外Co基因己经被广泛地应用于各种生物的分类学研究。梁刚等9基于CoI基因的部分序列(1 300bp)对雀形目雀科(Fringillidae)36种鸟类进行系统发育分析。发现铁爪鹀(Calcarius lapponicus)与鹀属(Emberiza)鸟类的亲缘关系比其他雀科的鸟类更近；支持蓝鹀(Latoucheornis siemsseni)隶属于鹀属的观点；证实了黄颈拟蜡嘴雀(Mycerobas affinis)与黑尾蜡嘴雀(Eophona migratorius)之间紧密的亲缘关系；发现长尾雀(Uragus sibiricus)和朱鹀(Urocynchramus pyhowi)之间亲缘关系很远，而与朱雀属(Carpodacus)有较近的亲缘关系；结果支持雀类与鸦类的亚科级分类水平。1.2胞色素b基因(Cytb)细胞色素b基因也是一种线粒体蛋白质编码基因，该基因全长由1,143bp组成。已有的研究表明，mtDNA Cytb序列在解决亲缘关系较近的生物分类阶元系统关系和种系地理学方面非常有用，它是13个蛋白质编码基因中了解的最为清楚的基因，被认为是最可信的分子标记之一10，11。mtDNA的基因片段序列已被广泛地应用于从分子水平上解决雀形目鸟类的系统发育问题。牛黎明12测定了雀形目21种鸟类线粒体细胞色素b基因部分序列，分析结果表明:在科级系统关系上，支持将燕雀类和鹀类分别归入燕雀科和鹀科，鹟类、鸫类、长尾山雀类、莺类和岩鹦类独立成科的观点；在科下系统关系上，认为应在在燕雀科(Fringilidae)下设一新的亚科-锡嘴雀亚科(Coccothraustinae)，与已有的燕雀亚科和金翅雀亚科平级。梁刚等13以Cytb基因全序列作为分子标记，对雀形目(Passeriformes)6科15种鸟类的分类地位及系统发生关系进行了分析。结果显示:黄鹂科(Oriolidae)首先分化出来，接着依次分化出卷尾科(Docruridae)、鸦科(Corvidae)、伯劳科(Laniidae)、河乌科(Cinclidae)和椋鸟科(Sturnidae)鸟类；这6科鸟类构成一个单系群,在这一单系群里椋鸟科是最晚分化出的类群。1.3 12S rRNA 基因12S rRNA基因的进化速率与mtDNA基因组的平均进化速率基本相同，且无平行基因传递(harizonal gene transfer) 现象，因此在核DNA中无其他拷贝。12S rRNA基因约950个碱基。虽然其转录产物形成核糖体小亚单位骨架结构，但是脊椎动物12S rRNA 基因不像核中其他rRNA 基因在进化中那么保守。来自DNA 异源双链分子的热稳定性分析和核酸限制性内切酶图谱比较的证据都表明，这些mtDNA 中的rRNA 基因变化很快。因此，12S rRNA 基因被广泛地应用于脊椎动物的系统发育研究中14。武丽娜15对雀形目7科（鹀科(Emberizidae)、鸦雀科(Paradoxomithidae)、长尾山雀科(Aegithalidae)、山雀科(Paridae)、莺科(sylviidae)、鸫科(Turdidae)、鹟科(Museieapidae)）21种鸟类的线粒体12S rRNA基因序列进行分析发现，7科中鹀科鸟类是其中最原始的分枝，其次为鹟科和鸫科，再次为山雀科、鸦雀科，最后是莺科和长尾山雀科。鸫科中的部分种类如红尾鸲属(Phoenicurus)、歌鸲属(Luseinia)、林鸲属(Tasriger)等与鹟科(MusciacPidoe)鸟类聚为一枝，应将其与鹟科合并为一科；长尾山雀与山雀科亲缘关系较远，而与莺科鸟类亲缘关系密切，因此将其作为莺科中的一个属更为合适。2 细胞核基因分子进化研究核基因作为一种新的遗传标记，近年来被广泛应用于鸟类分子系统发育研究中。核基因与线粒体基因位于不同的遗传载体上，因此被引入到系统发育学研究中为物种树的重建提供独立的证据16。2.1单拷贝核DNA(scnDNA)内含子单拷贝核DNA(scnDNA)内含子进化速率相对较快，片段大小适中，两边是保守的外显子，易设计引物进行PCR扩增。因此，核基因内含子有望成为线粒体基因后的另一个系统发育学研究特点。目前用核基因内含子作标记进行鸟类系统发育的研究还比较少，且大多与线粒体基因结合起来进行研究。主要有纤维蛋白原基因内含子7(-fibrinogen intron 7)，肌红蛋白基因内含子 (myogtobin intron)等。Barker17利用 fibrinogen intron 4和线粒体Cyt b基因对鹪鹩科(Troglodytidae)鸟类种群之间的系统发育进行研究，结果支持鹪鹩的单系进化，并确认鹪鹩是早期新大陆食虫鸟类的进化地位以及鹪鹩(Troglodytidae)与蚋莺(Polioptila)的姐妹群关系。Nguembock18等对扇尾莺科(Cisticolidae)内的12个鸟类物种的线粒体ND2基因和myoglobin intron 2的序列进行分析，结果支持扇尾莺单系进化的地位，马达加斯加柳莺(Malagasy warblers)和杂鹛(Neomixis)位于进化支的最底部。Fuehs19等为了确定非洲丛鹟属(Hyliota)在系统发育学上的地位(该属曾被分别放置在丛鵙科、疣眼鹟科、鹟科和莺科中)，对线粒体ND2基因和myoglobin intron 2进行序列分析，结果发现早先对该属进化地位的分析均是错误的，Hyliota位于雀细目(Passerida)进化支的最底部。同时还分析了鸣禽亚目中一些非典型的鸟类物种，支持鸣禽亚目起源于非洲的结论。2.2 单拷贝核DNA外显子scnDNA外显子是编码蛋白质基因，碱基序列非常保守，进化速率也很慢，因此可以用外显子来研究鸟类高级阶元间的系统关系。目前用于雀形目鸟类系统发育研究的外显子还很少，主要有：重组激活基因1(RAG-1)，重组激活基因2(RAG-2)，癌基因c-myc，原癌基因c-mos 等。Barker20等对69个雀形目鸟类物种的核基因c-myc和RAG-1进行序列分析，发现亚鸣禽亚目中的刺鹩科(Acanthisittidae)是其他雀形目鸟类的姐妹群，并且百灵科(Alaudidae)、和平鸟科(Irenidae)和啄果鸟科(Melanocharitidae)在科间水平上的位置与DNA杂交结果不同。Ericson等在测定一些雀细目(Passerida)鸟类核基因c-myc的序列时，发现在这些鸟类的序列中，有1个共源的单个核苷酸的插入，从而支持了雀细目单系起源的说法，而鸦细目(Corvida)的单系起源则有待进一步论证随后，在2OO2年测定了刺鹩科(Acanthisittidae)鸟类2个核基因c-myc和RAG-1的序列，结果支持将刺鹩科独立于亚鸣禽亚目和鸣禽亚目之外，作为雀形目最原始的类群，并且认为雀形目鸟类起源于冈瓦纳大陆(Gondwana)，亚鸣禽亚目的鸟类起源自分布在西冈瓦纳大陆的祖先类群，而鸣禽亚目的鸟类祖先在澳大利亚和南极洲分离时与亚鸣禽亚目的鸟类祖先分歧开来。Ericson等又针对雀细目48个属和鸦细目13个属，测定了3个核基因(c-myc、RAG-1、myoglobin)和线粒体DNA中的Cyt b基因的序列，结果表明非洲岩鹛(African rockfow1)和岩鸲(rockjumper)位于雀细目进化支的底部，不过其他分类单元之间的关系并没有得到很好的解决，统计数据只支持4个主要的进化支21-23。3 展望中国是鸟类多样性极其丰富的国家，近年来很多亚种、种及以上分类阶元依然存在争议，因此，中国鸟类物种的分类、系统发育与演化关系等研究依然有很多问题有待于大家的深入探讨。尽管基于线粒体的鸟类系统发育研究在国际上报道很多，而中国鸟类的分子系统发育研究在近56年才发展迅速。另外，核基因在近几年才被应用于系统发育研究，国内已有个别报道24。如果将线粒体基因与核基因联合使用会得到更为可靠的系统发育分析结果，也是未来鸟类系统发育研究的方向。核基因在近几年也被应用鸟类的系统发育研究，并有与线粒体基因联合应用的局势，以便获得更可靠的系统发育结果25。尽管分子系统学由于其优越性获得了很大发展，有越来越多的鸟类的基因序列信息登陆到Gnebnak中，从DNA到RNA，从一级结构到二级结构14，有关研究也日渐深入，然而像其它研究方法一样，鸟类分子系统学研究也存在着不足，主要方面有:1、材料较难得到。与植物及其它一些动物种类相比，鸟类更难以捕捉和得到，而面临材料难以得到的问题。2、研究所需费用较高。3、研究结果可能受到目的基因和实验条件及方法的影响。由于工作量、操作技术和费用等原因，人们不可能测定所研究种类的基因组序列，而只能采用某种分子标记(如RFLP、RAPD、AFLP等)或采用某个基因(如线粒体中Cytb、12S rRNA等)作为代表来对不同物种进行比较研究，其准确性和代表性必然要受到所选目的基因的影响。另外由于分子生物学研究受实验设备、条件、操作技术等的影响，因此不同的研究人员和采用不同方法可能会得到不同的结论。参考文献1 常家传，马金生，鲁长虎.鸟类学M.东北林业大学出版社.1992.2Wetmore A. A revised classification for the birds of the worldJ.Smithsonian Misc.Coll，1951，117:1-22.3Mayr E，Amadon D. A classification of recent birdsJ.Amer.Mus.Novit.，1951，1496:1-42.4MayrE，Greenway J G. Sequence of the Passerine families(Aves)J.Breviora(Mus.ComP.Zool.)，1956，58:1-11.5Amadon D.Remarks on the classification of the Perchin birds.(order Passeriformes)J.Proc.Z001.Soe.Caleutta，Moorerjee Memor.Vol.May，1957，1: 259-287.6 Wetmore A. A classification of the birds of the world. SmithJ.Misc.coll.， 1960， 139(11):1-37.7陈晓芳，李爽，王黎，等.鸟类线粒体DNA研究概述J遗传，2002，24(3)：371375.8Stoeckle and Hebert. A Test Case for DNA Barcodes to Identify SpeciesJ. 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