中国锯天牛族系统发育分析

摘要

锯天牛族(Prionini)隶属于鞘翅目(Coleoptera)天牛科(Cerambycidae)锯天牛亚科(Prioninae)，其中的不少种类是农林业生产中的重要害虫。对锯天牛族昆虫的研究以传统的外部形态为主，并且均为种类的分类和鉴定，到目前为止还没有关于锯天牛族线粒体基因的研究报道，锯天牛族各分类单元之间的系统发育关系也不清楚，因此本研究对中国锯天牛族的线粒体12S rRNA、16S rRNA、COI基因进行了研究，并依据传统的外部形态特征、后翅翅脉和雄性外生殖器特征、线粒体基因序列分析了中国锯天牛族的系统发育关系，具体结果如下：
　　 1.DNA提取及线粒体部分基因扩增
　　 馆藏干标本DNA发生了明显降解，降解随着标本保存时间的增加而增加。电泳检测发现从保存二十年干标本提取的DNA扩增到了目的条带，但测序结果却表明这些片段并不是天牛本身的基因片段。单纯采用PCR技术和琼脂糖凝胶电泳技术作为评价DNA提取方法优劣的指标并不可靠。本研究共得到中国锯天牛族3属8种和寡刺细齿天牛的mtDNA12S rRNA、16S rRNA和COI基因序列24条。
　　 2.线粒体基因序列分析
　　 本研究发现，12S rRNA和16S rRNA基因发生了碱基插入(缺失)，COI基因则没有。研究得到的3个线粒体基因序列的碱基组成均明显偏向于T和A，核糖体RNA基因更偏向于A，而COI基因稍偏向于T。12S rRNA基因的碱基转换/颠换率随着分化时间的增加而减小，16S rRNA基因先增加后减小，COI基因则不发生明显变化。COI基因的进化速度快于12S rRNA基因和16S rRNA基因，其进化速度主要体现在第三密码子位点上，第二密码子位点的进化速度很慢。以不同基因序列计算的物种之间遗传距离的大小关系存在差异。并且依据线粒体基因序列计算的P距离小于实际的遗传距离。
　　 沟翅土天牛Dorysthenes fossatus(Pascoe，1857)12S rRNA基因序列长度，12SrRNA、16S rRNA和12S rRNA+16S rRNA基因序列的碱基组成和土天牛属其他种类存在差异。沟翅土天牛与土天牛属Dorysthenes Vigors，1826其他种类之间的遗传距离和碱基转换/颠换率明显不同于土天牛属其他种类之间的遗传距离和碱基转换/颠换率，与锯天牛属Prionus Geoffroy，1762和土天牛属之间的遗传距离和碱基转换/颠换率近似。
　　 3.中国锯天牛族的系统发育关系分析
　　 邻接搜索法得到的最小距离树并不一定是真正的最小距离树，利用调整后保留指数对各特征进行加权可以优化简约法的分析结果。系统发育一致树和最优树之间的拓扑结构并不完全相同，有的甚至出现相互矛盾的分支，而进化模型对最小距离树拓扑结构的影响大于距离一致树。不同系统发育分析方法的分析结果并不一定相同，但是似然法的分析结果在Bayes法中均有体现。依据不同特征重建的系统发育关系可能存在冲突。
　　 以寡刺细齿天牛Rhaphipodus fruhstorferi Lameere，1903和黄星天牛Psacotheahilaris(Pascoe，1857)为外群，发现中国锯天牛族是一个单系群，应该分为两个亚族，锯天牛属和土天牛属归入Prioni亚族，接眼天牛属Priotyrannus Thomson，1857和拟土天牛属Prionomma White，1853归入Derobrachi亚族。
　　 中国锯天牛属是一个多系群。缪氏锯天牛Prionus murzini Drumont et Komiya,2006、单叶锯天牛Prionus unilamellatus Pu，1987和赛氏锯天牛Prionus siskaiDrumont et Komiya,2006应该从锯天牛属中独立出来成为一个单独的属，其中单叶锯天牛和赛氏锯天牛之间的亲缘关系更近。短角锯天牛Prionus gahani Lameere，1912、锯天牛Prionus insularis Motschulsky,1857、齿跗锯天牛Prionus sifanicusPlavilstshikov,1934、皱胸锯天牛罗氏亚种Prionus delavayi lorenci Drumont etKomiya,2006和云南锯天牛Prionus lameerei Semenov-Tian-Shanskij，1927组成一个单系群，其中短角锯天牛、齿跗锯天牛和云南锯天牛之间的亲缘关系更近。
　　 中国土天牛属是一个多系群。Dorysthenes(Prionomimus)亚属应该从土天牛属中分离出去成为一个独立的属，其中丽土天牛Dorysthenes elegans Ohbayashi，1981和沟翅土天牛之间的亲缘关系更近。除去Dorysthenes(Prionomimus)亚属之后，土天牛属的种类组成一个单系群，证明Lameere依据外部形态特征将Lophosternus Gu6rin，1844，Paraphrus Thomson，1860，Cyrtognathus Faldermann,1835和Baladeva Waterhouse，1840等4属并入土天牛属成为新的土天牛属的做法是合理的。蔗根土天牛Dorysthenes granulosus(Thomson，1860)是土天牛属中较原始的类群。Dorysthenes(Cyrtognathus)亚属是一个单系群，其中大牙土天牛Dorysthenes paradoxus(Faldermann,1833)和甘肃土天牛Dorysthenes tippmanniHeyrovsky,1950具有更近的亲缘关系。依据外部形态特征建立的Dorysthenes(Lophosternus)亚属和Dorysthenes(Baladeva)亚属的种类并没有分别聚成区别于其他种类的分支。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1天牛线粒体DNA研究进展

1.2系统发育分析方法研究进展

1.3天牛科系统发育研究进展

1.4锯天牛族昆虫的经济意义

1.5锯天牛族昆虫的研究现状

第二章前言

第三章材料和方法

3.1研究材料

3.1.1标本材料

3.1.2主要试剂

3.1.3主要实验设备

3.1.4主要分析软件

3.2研究方法

3.2.1分子生物学研究方法

3.2.2 DNA序列分析方法

3.2.3系统发育研究分析

第四章DNA提取及基因扩增结果与分析

4.1总DNA提取

4.2 PCR扩增

4.3线粒体基因测序

第五章线粒体基因序列结果与分析

5.1基因进化模型选择

5.2 12S rRNA基因序列分析

5.3 16S rRNA基因序列分析

5.4 COI基因序列分析

5.5 12S rRNA+16S rRNA基因序列分析

5.6 12S rRNA+16S rRNA+COI基因序列分析

第六章基于形态学的系统发育结果与分析

6.1基于传统外部形态特征的系统发育分析

6.1.1本研究涉及的昆虫种类

6.1.2传统外部形态特征的选择

6.1.3基于传统外部形态的系统发育分析

6.2基于后翅翅脉和雄性外生殖器特征的系统发育分析

6.2.1本研究涉及的昆虫种类

6.2.2后翅翅脉和雄性外生殖器特征的选择

6.2.3基于后翅翅脉和雄性外生殖器特征的系统发育分析

6.3联合外部形态特征的系统发育分析

6.3.1本研究涉及的昆虫种类

6.3.2联合外部形态特征的系统发育分析

第七章基于分子的系统发育结果与分析

7.1本研究涉及的昆虫种类

7.2基于12S rRNA基因的系统发育分析

7.3基于16S rRNA基因的系统发育分析

7.4基于COI基因的系统发育分析

7.5基于12S rRNA+16S rRNA基因的系统发育分析

7.6基于12S rRNA+16S rRNA+COI基因的系统发育分析

第八章联合外部形态特征和基因序列进行系统发育分析

8.1本研究涉及的昆虫种类

8.2联合形态特征和基因序列的系统发育分析

第九章结论与讨论

9.1结论

9.2讨论

9.3创新点

9.4展望

参考文献

致谢

博士期间发表论文情况

附图Ⅰ 线粒体基因序列比对图