三种蚱总科昆虫线粒体基因组分析及系统发育关系研究

【摘要】蚱总科昆虫隶属于直翅目蝗亚目,是蝗亚目中的原始类群,目前已知约270属1500余种。由于其个体小,对农作物危害小等特点,对于蚱的研究一直较少。近年来随着人们对蚱的系统地位重要性的逐渐认识,对蚱的研究也开始增多,但大部分认识仍然停留在形态学或单个、少数基因上,而线粒体基因组水平上的研究却很少,目前在GenBank数据库中收录的蚱总科线粒体全基因组序列仅2条。本研究通过对PCR扩增产物的测序,获得了秦岭台蚱(Formosatettixqinlingensis)、龙江柯蚱(Coptotettixlongjiangensis)和钝叶瘤蚱(Thoradontaobtusilobata)线粒体基因组近似全序列,并结合日本蚱、峨眉小蹦蝗等蝗亚目昆虫的线粒体基因组,对上述三种新测定线粒体基因组序列进行了注释。联合数据库中已有的蝗亚目其他物种线粒体基因组数据,对蝗亚目昆虫线粒体蛋白质编码基因进行了比较分析,并对蝗亚目昆虫的系统发育关系进行了重建。此外,通过扩增和测序16SrRNA基因部分序列,结合GenBank数据库已有的16SrRNA基因序列,对蚱总科昆虫的系统发育关系进行了探讨。得到的主要结果如下：1.已测得的秦岭台蚱、龙江柯蚱和钝叶瘤蚱的线粒体基因组长度分别为15180bp、14495bp和14538bp,均可注释出所有的13个蛋白质编码和16SrRNA基因,部分12SrRNA基因、tRNA基因和控制区序列。已测得的三种蚱的线粒体基因组序列具有很高的A+T含量,平均A+T含量高达73.5%。2.本研究所有蝗亚目物种的蛋白质编码基因均存在较明显的AT偏斜性,且均为碱基T偏斜,而GC偏斜性则不明显,大多数物种中存在轻微的碱基C偏斜。通过线粒体蛋白质编码基因所使用的密码子与线粒体编码tRNA的反密码子比较,发现在线粒体蛋白质编码基因中氨基酸高频使用的密码子并不完全与线粒体基因组tRNA的反密码子对应。这表明线粒体蛋白质的合成不仅需要线粒体编码的tRNA参与,很大程度上还要依靠细胞核编码的tRNA,即线粒体蛋白质合成是核基因组与线粒体基因组协同完成的。3.利用线粒体基因组13个蛋白质编码基因,分别使用MP、ML和BI法构建的蝗亚目21种昆虫的系统发育关系支持蝗总科和蚱总科的单系性。与蚱科相比,刺翼蚱科是较早与其他蚱分离的类群；蚱属与微翅蚱属有较近的亲缘关系。4.通过研究数据划分和基因的性能和功效,本研究认为不同基因对系统树的贡献存在较大差异,ND系列(ND1-6和ND4L)基因无论是核苷酸序列还是氨基酸序列对相应系统树的贡献都是最大,但当支持度大小和基因长度关联分析时,发现支持度大小与基因长度呈现出明显的正相关性。5.本研究对线粒体基因组蛋白质编码基因的不同密码子位点统计的系统发育信息显示,密码子第3位点的系统发育信息量高于密码子第1位点和第2位点,因此建议在构建系统发育树时不应把密码子第3位点排除在外。此外根据PartitionFinder分析结果,蛋白质编码基因的不同密码子位点性质差异较大,建议在系统发育分析时将蛋白质编码基因的不同密码子位点进行单独划分。6.使用16SrRNA基因部分序列构建的蚱总科昆虫系统发育树支持股沟蚱属、优角蚱属和瘤蚱属的单系性,不支持蚱属、柯蚱属及悠背蚱属的单系性。尖顶蚱属与狭顶蚱属的物种在三棵树(MP、ML和BI树)上均聚为一个分支,显示它们之间具有较近的亲缘关系。
【作者】林立亮；
【导师】郑哲民；
【作者基本信息】陕西师范大学，动物学，2014，博士
【关键词】线粒体基因组；系统发育；蚱总科；数据划分；基因功效；

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