RESEARCH ARTICLE

The complete mitogenome of Lamproptera curia (Lepidoptera: Papilionidae) and phylogenetic analyses of Lepidoptera

  • Xin-Min Qin ,
  • Qing-Xin Guan ,
  • Hui-Min Li ,
  • Yu Zhang ,
  • Yu-Ji Liu ,
  • Dan-Ni Guo
Expand
  • Guangxi Key Laboratory of Rare and Endangered Animal Ecology, College of Life Science, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China

Received date: 07 Jun 2015

Accepted date: 12 Aug 2015

Published date: 30 Oct 2015

Copyright

2014 Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Abstract

The complete mitochondrial genome sequence of Lamproptera curia was determined in the present study. Our findings showed that the mtDNA of L. curia had a typical organization of insect mitochrondrial DNA − being 15277 base pairs in length, it contained 13 protein-coding genes (PCGs), 2 rRNA genes, 22 tRNA genes, and a control region(CR). The newly determined sequence was used for phylogenetic analyses, together with those of 45 species of Lepidoptera published elsewhere, including sequences of three species of Diptera as outgroups. The phylogenetic trees were constructed using the concatenated amino acid and nucleotide sequences of the 13 protein-coding genes (PCGs) based on the maximum likelihood (ML) and Bayesian inference (BI) methods. Both BI and ML trees revealed a similar topology structure: (((((Bombycoidea+ Geometroidea) + Noctuoide) + Pyraloidea) + (Papilionoidea+ Hesperioidea)) + Tortricoidea). Furthermore, the phylogenetic analyses demonstrated that each of the 16 families belonged to a monophyletic group respectively. The results of molecular phylogeny from the present study were congruent with traditional classification based on morphology but failed to demonstrate the monophyly of Hesperiidae.

Cite this article

Xin-Min Qin , Qing-Xin Guan , Hui-Min Li , Yu Zhang , Yu-Ji Liu , Dan-Ni Guo . The complete mitogenome of Lamproptera curia (Lepidoptera: Papilionidae) and phylogenetic analyses of Lepidoptera[J]. Frontiers in Biology, 2015 , 10(5) : 458 -472 . DOI: 10.1007/s11515-015-1371-1

Acknowledgements

Qin Xin-Min conceived the project. Guan Qing-Xin performed mitochondrial genome sequencing. Li Hui-Min performed genomic DNA samples. Zhang Yu, Liu Yu-Ji and Guo Dan-Ni analyzed the data.
Compliance with ethics guidelines
Xin-Min Qin, Qin-Xin Guan, Hui-Min Li, Yu Zhang, Yu-Ji Liu and Dan-Ni Guo declare that no conflict of interest.
All institutional and national guidelines for the care and use of laboratory animals were followed.
1
Abascal F, Posada D, Zardoya R (2007). MtArt: a new model of amino acid replacement for arthropoda. Mol Biol Evol, 1: 1–5

2
Ackery P R, De Jong R, Vane-Wright R I (1999). The butterflies: Hedyloidea, Hesperoidea, and Papilionoidea. In: Kristensen NP (Ed.), The butterflies: Hedyloidea, Hesperoidea, and Pilionoidea. De Gruyter, Berlin, 263–300

3
Altschul S F, Gish W, Miller W, Myers E W, Lipman D J (1990). Basic local alignment search tool. J Mol Biol, 3(3): 403–410

DOI

4
Anderson S, Bankier A T, Barrell B G, de Bruijn M H, Coulson A R, Drouin J, Eperon I C, Nierlich D P, Roe B A, Sanger F, Schreier P H, Smith A J, Staden R, Young I G (1981). Sequence and organization of the human mitochondrial genome. Nature, 290(5806): 457–465

DOI

5
Bae J S, Kim I, Sohn H D, Jin B R (2004). The mitochondrial genome of the firefly, Pyrocoelia rufa: complete DNA sequence, genome organization, and phylogenetic analysis with other insects. Mol Phylogenet Evol, 3(3): 978–985

DOI

6
Boore J L (1999). Animal mitochondrial genomes. Nucleic Acids Res, 8(8): 1767–1780

DOI

7
Clary D O, Wolstenholme D R (1985). The mitochondrial DNA molecule of Drosophila yakuba: nucleotide sequence, gene organization and genetic code. J Mol Evol, 22(3): 252–271

DOI

8
Clayton D A (1992). Transcription and replication of animal mitochondrial DNA. Int Rev Cytol, 141: 217–232

DOI

9
Feng X, Liu D F, Wang N X, Zhu C D, Jiang G F (2010). The mitochondrial genome of the butterfly Papilio xuthus (Lepidoptera: Papilionidae) and related phylogenetic analyses. Mol Biol Rep, 8(8): 3877–3888

DOI

10
Flook P K, Rowell C H F, Grellissen G (1995). The sequence organisation, and evolution of the Louocsta migratoria mitochondrial genome. J Mol Evol, 6: 928–941

11
Guindon S, Lethiec F, Duroux P, Gascuel O (2005). PHYML Online-a web server for fast maximum likelihood-based phylogenetic inference. Nucleic Acids Res, 33(Web Server): W557–W559

DOI

12
Harvey D J (1991). Higher classification of the Nymphalidae [A], Appendix B. In: Nijhout HF. Higher classification of the Nymphalidae. Washington DC: Smithsonian Institution Press, pp 200–273

13
Hong M Y, Lee E M, Jo Y H, Park H C, Kim S R, Hwang J S, Jin B R, Kang P D, Kim K G, Han Y S, Kim I (2008). Complete nucleotide sequence and organization of the mitogenome of the silk moth Caligula boisduvalii (Lepidoptera: Saturniidae) and comparison with other lepidopteran insects. Gene, 413(1−2): 49–57

DOI

14
Horak M (1999). The Tortricoidea. In: Kristensen N P. Lepidoptera: Motha and Butterflies. 1. Evolution,Systematics, and Biogegraphy. Handbook of Zoology Vo1.IV, Part 35: 199–215

15
Hu J, Zhang D X, Hao J S, Huang D Y, Cameron S, Zhu C D (2010). The complete mitochondrial genome of the yellow coaster, Acraea issoria (Lepidoptera: Nymphalidae: Heliconiinae: Acraeini):sequence, gene organization and a unique tRNA translocation event. Mol Biol Rep, 7(7): 3431–3438

DOI

16
Jiang S T, Hong G Y, Yu M, Li N, Yang Y, Liu Y Q, Wei Z J (2009). Characterization of the complete mitochondrial genome of the giant silkworm moth, Eriogyna pyretorum (Lepidoptera:Saturniidae). Int J Biol Sci, 4: 351–365

DOI

17
Kawahara A Y, Mignault A A, Regier J C, Kitching I J, Mitter C (2009). Phylogeny and Biogeography of Hawk moths (Lepidoptera: Sphingidae): Evidence from Five Nuclear Genes. PLoS ONE, 5: 1–11

18
Kim M I, Beak J Y, Kim M J (2009). Complete nucleotide sequence and organization of the mitogenome of the red-spotted Apollo butterfly, Parnassius bremeri (Lepidoptera: Papilionidae) and comparison with other lepidopteran insects. Mol Cell, 4(4): 347–363

DOI

19
Kim M J, Kang A R, Jeong H C, Kim K G, Kim I (2011). Reconstructing intraordinal relationships in Lepidoptera using mitochondrial genome data with the description of two newly sequenced lycaenids, Spindasis takanonis and Protantigius superans (Lepidoptera: Lycaenidae). Mol Phy Evol, 2(2): 436–445

DOI

20
Kim M J, Wan X L, Kim K G, Hwang J S, Kim I (2010). Complete nucleotide sequence and organization of the mitogenome of endangered Eumenis autonoe (Lepidoptera: Nymphalidae). Afr J Biotechnol, 5: 735–754

21
Kristensen N P (1976). Remarks on the family-level phylogeny of butterflies (Insecta Lepidoptera, Rhopalocera). Zeit Zool Syst Evol Forsch, 14(1): 25–33

DOI

22
Kristensen N P (1999). 11 Evolution, Systematics, and Biogeography, Vol IV. In: Kristensen NP. Lepidoptera: Moths and Butterflies. Berlin and New York: DeGruyter, pp: 491.

23
Kristensen N P, Skalski A W (1999). Phylogeny and palaeontology. In: Kristensen N P (Ed.), Handbuch der Zoologie, vol. IV, Arthropoda: Insecta, Part 35, Lepidoptera, Moths and Butterflies, vol. 1: Evolution, Systematics, and Biogeography. Walter de Gruyter, Berlin & New York, pp. 7–25

24
Lavrov D V, Brown W M, Boore J L (2000). A novel type of RNA editing occurs in the mitochondrial tRNAs of the centipede Lithobius forficatus. Proc Natl Acad Sci USA, 25(25): 13738–13742

DOI

25
Lee E S, Shin K S, Kim M S, Park H, Cho S, Kim C B (2006). The mitochondrial genome of the smaller tea tortrix Adoxophyes honmai (Lepidoptera: Tortricidse). Gene, 373: 52–57

DOI

26
Liao F, Wang L, Wu S, Li Y P, Zhao L, Huang G M, Niu C J, Liu Y Q, Li M G (2010). The mitochondrial genome of the fall webworm, Hyphantria cunea (Lepidoptera: Arctiidae). Int J Biol Sci, 2: 172–186

DOI

27
Liu Y, Li Y, Pan M, Dai F, Zhu X, Lu C, Xiang Z (2008). The complete mitochondrial genome of the Chinese oak silkmoth, Antheraea pernyi (Lepidoptera: Saturniidae). Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai), 8(8): 693–703

DOI

28
Lowe T M, Eddy S R (1997). tRNAscan-SE: a program for improved detection of transfer RNA genes in genomic sequence. Nucleic Acids Res, 5(5): 955–964

DOI

29
Minet J (1991). Tentative Reconstruction of the ditrysian phylogeny (Lepidiptera, Gloassata). Entomol Scand, 1(1): 69–95

DOI

30
Munroe E, Solis M A (1999). The Pyraloidea. In: Kristensen NP. Lepidoptera: Moths and Butterflies. I. Evolution, Systematics, and Biogeography. Handbook of Zoology, 35: 233–256(Vol IV. In: Kristensen NP. Lepidoptera: Moths and Butterflies. Berlin and New York: DeGruyter, pp: 233–256

31
Mutanen M, Wahlerg N, Kaila L (2010). Comprehensive gene and taxon coverage elucidates radiation patterns in moths and butterflies. Proc Biol Sci, 277(1695): 2839–2848

DOI

32
Nielsen E S (1989) Phylogeny of major lepidopteran groups. In: (eds) The Hierarchy of Life. Amsterdam, Elsevier. pp. 281–294

33
Ojala D, Montoya J, Attardi G (1981). tRNA punctuation model of RNA proeessing in Human mitochondria. Nature, 290(5806): 470–474

DOI

34
Razowski J (1976). Phylogeny and system of Tortricidae (Lepidoptera). Acta zool Cracov, 5: 73–120

35
Regier J C, Cook C, Mitter C, Hussey A (2008). A phylogenetic study of the ‘bombycoid complex’ (Lepidoptera) using five protein-coding nuclear genes, with comments on the problem of macrolepidopteran phylogeny. Syst Entomol, 33(1): 175–189

DOI

36
Regier J C, Zwick A, Cummings M P, Kawahara A, Cho S, Weller S, Roe A, Baixeras J, Brown J W, Parr C, Davis D R, Epstein M, Hallwachs W, Hausmann A, Janzen D H, Kitching I J, Solis M A, Yen S H, Bazinet A L, Mitter C (2009). Toward reconstructing the evolution of advanced moths and butterflies (Lepidoptera: Ditrysia): an initial molecular study. BMC Evol Biol, 9(1): 280

DOI

37
Ronquist F, Huelsenbeck J P (2003). MRBAYES 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models. Bioinformatics, 12(12): 1572–1574

DOI

38
Simon C, Frati F, Bekenbach A (1994). Evolution, weighting, and phylogenetic utility of mitochondrialgene sequences and a compilation of conserved polymerase chain reaction primers. Ann Entomol Soc Am, 6(6): 651–701

DOI

39
Singh V K, Mangalam A K, Dwivedi S, Naik S (1998). Primer premier:Program for design of degenerate primers from a protein sequence. Biotechniques, 2: 318–319

40
Smart P (1989). The illustrated encyclopedia of the butterfly world (New York, USA: Chartwell Books 

41
Thao M L, Baumann L, Baumann P(2004). Organization of the mitochondrial genomes of whiteflies, aphids, and psyllids (Hemiptera, Sternorrhyncha). BMC Evol Biol, 4: 25–37

42
Wahlberg N, Braby M F, Brower A V Z, de Jong R, Lee M M, Nylin S, Pierce N E, Sperling F A H, Vila R, Warren A D, Zakharov E (2005). Synergistic effects of combining morphological and molecular data in resolving the phylogeny of butterflies and skippers. Proc Biol Sci, 272(1572): 1577–1586

DOI

43
Weller S J, Pashely D P (1995). In search of butterfly origins. Mol Phylogenet Evol, 3(3): 235–246

DOI

44
Wolstenholme D R (1992). Animal mitochondrial DNA: structure and evolution. Int Rev Cytol, 141: 173–216

DOI

45
Xia X, Xie Z (2001). DAMBE: Data analysis in molecular biology and evolution. J Hered, 4(4): 371–373

DOI

46
Yang Z, Rannala B (1997). Bayesian phylogenetic inference using DNA sequences: A Markov chain Monte Carlo method. Mol Biol Evol, 7(7): 717–724

DOI

47
Yin W Y, Song D X, Yang X K (2008). Study on phylogeny of the Hexapoda (Insect). Beijing, Science Press, pp:193–194

48
Zhou Z J, Huang Y, Shi F M (2007). The mitochondrial genome of the Ruspolia dubia (Orthoptera: Conocephalidae): a short A+T-rich region with 70 bp in length Genome. Genome, 50(9): 855–866

DOI

Outlines

/