Характеристика трех митохондриальных геномов комаров рода Aedes (Diptera: Culicidae) подрода Stegomyia

Комары рода Aedes, подрода Stegomyia являются переносчиками ряда вирусов позвоночных, в том числе возбудителей арбовирусных лихорадок человека. Особый интерес представляет изучение генетических особенностей синантропных популяций видов этой группы. Мы получили, аннотировали и описали митохондриальные геномы трех видов комаров рода Aedes, подрода Stegomyia: Ae. albopictus, Ae. flavopictus и Ae. sibiricus. Митохондриальные геномы Ae. flavopictus и Ae. sibiricus были получены от комаров из синантропных популяций с Дальнего Востока России. Митохондриальный геном Ae. sibiricus представлен нами впервые. Митохондриальный геном Ae. albopictus был получен для клеточной линии C6/36. Мы подобрали три комплекта праймеров для каждого из видов комаров, которые амплифицируют весь митохондриальный геном, кроме контрольной области, и отсеквенировали геномы методом Сэнгера. Все три новых генома имеют одинаковый порядок расположения генов. Идентифицировано 13 канонических белок-кодирующих генов, 2 гена рибосомальной РНК, 22 гена транспортной РНК. Белок-кодирующие гены имеют канонические старт- и стоп-кодоны за двумя исключениями. Канонический стоп-кодон «TAA» неполный в генах cox1 и cox2. В гене cox1 отсутствует канонический старт-кодон для метионина. Нуклеотидная изменчивость представлена в основном точковыми нуклеотидными замещениями. Инсерции-делеции имеются в областях межгенных спейсеров. Проведен филогенетический анализ нуклеотидных последовательностей полных митохондриальных геномов всех известных видов комаров рода Aedes, подрода Stegomyia. Полученные данные позволили провести измерение соотношения синонимичных и несинонимичных замен (Ka/Ks) в конкретных белок-кодирующих генах.

1. Battaglia V., Gabrieli P., Brandini S., Capodiferro M.R., Javier P.A., Chen X.G., Achilli A., Semino O., Gomulski L.M., Malacrida A.R., Gasperi G., Torroni A., Olivieri A. The worldwide spread of the tiger mosquito as revealed by mitogenome haplogroup diversity. Front Genet. 2016;7:208. doi 10.3389/fgene.2016.00208

2. Bega A.G., Vu T., Goryacheva I.I., Moskaev A.V., Andrianov B.V. A barcoding and morphological identification of mosquito species of the genus Aedes (Diptera: Culicidae) of the Russian Far East and Northern Vietnam. Russ J Genet. 2022;58(3):314-325. doi 10.1134/S1022795422030024

3. Berlov O.E., Berlov E.Y., Artemyeva S.Yu. Findings of the tigermosquito Aedes (Stegomyia) sibiricus Danilov et Filippova, 1978 (Insecta: Diptera, Culicidae) in Irkutsk. Baikal Zoological Journal. 2021;2(30):118-119 (in Russian)

4. Berlov O.E., Kuberskaya O.V. First record of tiger mosquito Aedes flavopictus Yamada, 1921 (Diptera, Culicidae) in the Lower Amur area (Khabarovsk region, Russia). Amurian Zoological Journal. 2021;13(4):550-556. doi 10.33910/2686-9519-2021-13-4-550-556 (in Russian)

5. Brown P.M.J., Thomas C.E., Lombaert E., Jeffries D.L., Estoup A., Handley L.J.L. The global spread of Harmonia axyridis (Coleoptera: Coccinellidae): distribution, dispersal and routes of invasion. BioControl. 2011;56:623-641. doi 10.1007/s10526-011-9379-1

6. Danilov V.N., Filippova V.N. A new species of mosquito Aedes (Stegomyia) sibiricus sp. n. (Culicidae). Parazitologiia = Parasitology. 1978;12(2):170-176 (in Russian)

7. Fedorova M.V., Shvets O.G., Medyanik I.M., Shaikevich E.V. Genetic diversity of invasive Aedes (Stegomyia) albopictus (Skuse, 1895) population (Diptera, Culicidae) in Krasnodar region, Russia. Parazitologiia = Parasitology. 2019;53(6):518-528. doi 10.1134/S0031184719060073 (in Russian)

8. Guo J., Yan Z.T., Fu W.B., Yuan H., Li X.D., Chen B. Complete mitogenomes of Anopheles peditaeniatus and Anopheles nitidus and phylogenetic relationships within the genus Anopheles inferred from mitogenomes. Parasit Vectors. 2021;14(1):452. doi 10.1186/s13071-021-04963-4

9. Gutsevich V.A., Monchadskii A.S., Shtakel’berg A.A. Mosquitoes (Culicidae). In: Fauna of the USSR. Diptera. Vol. 3, Iss. 4. Leningrad: Nauka Publ., 1970 (in Russian)

10. Hebert P.D., Cywinska A., Ball S.L., de Waard J.R. Biological identifications through DNA barcodes. Proc Biol Sci. 2003;270(1512): 313-321. doi 10.1098/rspb.2002.2218

11. Khrabrova N.V., Andreeva Y.V., Sibataev A.K., Alekseeva S.S., Esenbekova P.A. Mosquitoes of Anopheles hyrcanus (Diptera, Culicidae) group: species diagnostic and phylogenetic relationships. Am J Trop Med Hyg. 2015;93(3):619-622. doi 10.4269/ajtmh.14-0207

12. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol Biol Evol. 2016; 33(7):1870-1874. doi 10.1093/molbev/msw054

13. Medlock J.M., Hansford K.M., Schaffner F., Versteirt V., Hendrickx G., Zeller H., Bortel W.V. A review of the invasive mosquitoes in Europe: ecology, public health risks, and control options. Vector Borne Zoonotic Dis. 2012;12(6):435-447. doi 10.1089/vbz.2011.0814

14. Nei M., Gojobori T. Simple methods for estimating the numbers of synonymous and nonsynonymous nucleotide substitutions. Mol Biol Evol. 1986;3(5):418-426. doi 10.1093/oxfordjournals.molbev.a040410

15. Piccinno R., Tatti A., Avosani S., Galla G., Lazazzara V., Pedrazzoli F., Zadra N., Rodeghiero M., Seljak G., Özgen İ., Hauffe H.C., Verrastro V., Stacconi M.V.R., Mazzoni V., Rota-Stabelli O. A multidisciplinary approach to tackling invasive species: barcoding, morphology, and metataxonomy of the leafhopper Arboridia adanae. Sci Rep. 2024;14(1):2229. doi 10.1038/s41598-023-49410-9

16. Poltoratskaya N.V., Mirzaeva A.G. New records of the rare species Aedes sibiricus Danilov et Filippova, 1978 (Diptera, Culicidae) from West Siberia, Russia. Evraziatskii Entomologicheskii Zhurnal = Euroasian Entomological Journal. 2013;12(2):144-146. (in Russian)

17. Ree H.I. Taxonomic review and revised keys of the Korean mosquitoes (Diptera: Culicidae). Entomol Res. 2003;33(1):39-52. doi 10.1111/j.1748-5967.2003.tb00047.x

18. Rozen S., Skaletsky H. Primer3 on the WWW for general users and for biologist programmers. In: Misener S., Krawetz S.A. (Eds) Bioinformatics Methods and Protocols. Methods in Molecular Biology. Vol. 132. Humana Press, Totowa, NJ, 2000. doi 10.1385/1-59259-192-2:365

19. Shin J., Jung J. Comparative population genetics of the invasive mosquito Aedes albopictus and the native mosquito Aedes flavopictus in the Korean peninsula. Parasit Vectors. 2021;14(1):377. doi 10.1186/s13071-021-04873-5

20. Singh K.R.P. Cell cultures derived from larvae of Aedes albopictus (Skuse) and Aedes aegypti (L.). Curr Sci. 1967;36(19):506-508

21. Tanaka K.M. A revision of the adult and larval mosquitoes of Japan (including the Ryukyu Archipelago and the Ogasawara Islands) and Korea (Diptera: Culicidae). In: Tanaka K., Mizusawa K., Saugstad E.S. (Eds) Contributions of the American Entomological Institute. APO; San Francisco; California: American Entomological Institute, 1979;987

22. Thompson J.D., Higgins D.G., Gibson T.J. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice. Nucleic Acids Res. 1994;22(22):4673-4680. doi 10.1093/nar/22.22.4673

23. Wang D., Liu F., Wang L., Huang S., Yu J. Nonsynonymous substitution rate (Ka) is a relatively consistent parameter for defining fast-evolving and slow-evolving protein-coding genes. Biol Direct. 2011;6:13. doi 10.1186/1745-6150-6-13

24. Wang G., Li C., Guo X., Xing D., Dong Y., Wang Z., Zhang Y., Liu M., Zheng Z., Zhang H., Zhu X., Wu Z., Zhao T. Identifying the main mosquito species in China based on DNA barcoding. PLoS One. 2012;7(10):e47051. doi 10.1371/journal.pone.0047051

25. Weetman D., Kamgang B., Badolo A., Moyes C.L., Shearer F.M., Coulibaly M., Pinto J., Lambrechts L., McCall P.J. Aedes mosquitoes and Aedes-borne arboviruses in Africa: current and future threats. Int J Environ Res Public Health. 2018;15(2):220. doi 10.3390/ijerph15020220

26. Wilkerson R.C., Linton Y.M., Strickman D. Mosquitoes of the World. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2021 Xing Z.P., Liang X., Wang X., Hu H.Y., Huang Y.X. Novel gene rearrangement pattern in mitochondrial genome of Ooencyrtusplautus Huang & Noyes, 1994: new gene order in Encyrtidae (Hymenoptera, Chalcidoidea). ZooKeys. 2022;1124:1-21. doi 10.3897/zookeys.1124.83811

27. Yang Z., Bielawski J.R. Statistical methods for detecting molecular adaptation. Trends Ecol Evol. 2000;15(12):496-503. doi 10.1016/s0169-5347(00)01994-7

28. Ze-Ze L., Borges V., Osório H.C., Machado J., Gomes J.P., Alves M.J. Mitogenome diversity of Aedes (Stegomyia) albopictus: detection of multiple introduction events in Portugal. PLoS Negl Trop Dis. 2020; 14(9):e0008657. doi 10.1371/journal.pntd.0008657

29. Zhang B., Havird J.C., Wang E., Lv J., Xu X. Massive gene rearrangement in mitogenomes of phytoseiid mites. Int J Biol Macromol. 2021;186:33-39. doi 10.1016/j.ijbiomac.2021.07.011

30. Zhang H.G., Lv M.H., Yi W.B., Zhu W.B., Bu W.J. Species diversity can be overestimated by a fixed empirical threshold: insights from DNA barcoding of the genus Cletus (Hemiptera: Coreidae) and the meta-analysis of COI data from previous phylogeographical studies. Mol Ecol Resour. 2017;17(2):314-323. doi 10.1111/1755-0998.12571

31. Zhang Z., Li J., Yu J. Computing Ka and Ks with a consideration of unequal transitional substitutions. BMC Evol Biol. 2006;6:44. doi 10.1186/1471-2148-6-44

32. Zheng S., Poczai P., Hyvönen J., Tang J., Amiryousefi A. Chloroplot: an online program for the versatile plotting of organelle genomes. Front Genet. 2020;11:576124. doi 10.3389/fgene.2020.576124