Comparative description of mitochondrial genomes of the honey bee Apis (Hymenoptera: Apidae): four new genome sequences and Apis phylogeny using whole genomes and individual genes

Abstract

We sequenced four complete mitochondrial genomes (mt genomes) of members of the honey bee genus Apis (A. cerana, A. dorsata, A. laboriosa, and A. mellifera ligustica). These four and other available mt genome sequences of Apis were used to scrutinize the within-genus genomic characteristics, gene arrangement, and phylogenetic relationships of Apis. Furthermore, phylogenetic performance of 15 individual genes and two concatenated gene combinations were tested to locate suitable genes for Apis phylogeny. Phylogenetic reconstruction using all concatenated protein-coding genes (PCGs) and rRNAs strongly supported the presence of three lineages in Apis: the sister lineages of cavity-nesting honey bees (A. cerana, A. mellifera, A. nigrocincta, and A. koschevnikovi) and the giant honey bees (A. dorsata and A. laboriosa), and a divergent lineage consisting of the dwarf honey bees (A. florea and A. andreniformis). Apis mt genomes revealed two gene arrangements, trnE–trnS₁ or trnS₁–trnE in the tRNA block at the A + T-rich region and ND2 junction. The gene arrangement found in Apis are consistent with two independent derivations because the same arrangement was shared between non-sister species. Several number of two gene concatenation, along with the individual gene ND4, confirmed the current whole mt genome-based phylogeny with relatively strong support, signifying that these single and two gene combinations are sufficient for an extended within-genus phylogeny of Apis, without inclusion of additional genes.

Descripción comparativa de los genomas mitocondriales de la abeja melífera Apis (Hymenoptera: Apidae): cuatro nuevas secuencias genómicas y filogenia de Apis utilizando genomas enteros y genes individuales

Se secuenciaron cuatro genomas mitocondriales completos (genomas mt) de miembros del género Apis (A. cerana, A. dorsata, A. laboriosa y A. mellifera ligustica). Estas cuatro y otras secuencias disponibles del genoma mt de Apis se utilizaron para examinar las características genómicas dentro del género, la disposición de los genes y las relaciones filogenéticas de Apis. Además, se evaluó el rendimiento filogenético de 15 genes individuales y dos combinaciones de genes concatenados para localizar genes adecuados para la filogenia de Apis. La reconstrucción filogenética usando todos los genes codificadores de proteínas concatenados (PCGs) y rRNAs apoyó fuertemente la presencia de tres linajes en Apis: los linajes hermanos de las abejas melíferas que anidan en las cavidades (A. cerana, A. mellifera, A. nigrocincta y A. koschevnikovi) y las abejas melíferas gigantes (A. dorsata y A. laboriosa), y un linaje divergente formado por las abejas melíferas enanas (A. florea y A. andreniformis). Los genomas mitocondrialas de Apis revelaron dos disposiciones génicas, trnE-trnS1 o trnS1-trnE en el bloque de tRNA en la región rica en A + T y la unión ND2. La disposición de genes encontrada en Apis es consistente con dos derivaciones independientes porque la misma disposición fue compartida entre especies no hermanas. Varias concatenaciones de dos genes, junto con el gen individual ND4, confirmaron la filogenia actual basada en el genoma mt entero con un apoyo relativamente fuerte, lo que significa que estas combinaciones de uno y dos genes son suficientes para una filogenia extendida dentro del gen de Apis, sin la inclusión de genes adicionales.

Keywords:

• Apis
• mitochondrial genome
• Hymenoptera
• gene arrangement
• ND4

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Funding

This work was supported by a grant from the Next-Generation BioGreen21 Program [Project No. PJ01117003], Rural Development Administration, Republic of Korea.