黄斑弄蝶和玉带凤蝶线粒体基因组及蝶类系统发育研究

摘要

蝶类属于昆虫纲鳞翅目，目前，已经越来越多地受到国内外学者的重视并加以研究，已成为发育生物学、进化生物学、种群遗传学、保护生物学和生态学等研究领域的重要模式生物。其中弄蝶的系统发生关系和分类地位在鳞翅目中始终存在着争议。
　　本文对黄斑弄蝶和玉带风蝶进行了线粒体基因组全序列的测定。并将线粒体基因组的13个编码蛋白质基因(PCGs)和PCGs+无翅基因wingles的核苷酸序列与氨基酸序列联合，使用邻接法(Neighbor-Joining,NJ)，最大简约法(Maximum parsimony method，MP)和贝叶斯推断法（Bayesian Inference，BI）重建了蝶类的主要类群的分子系统树，主要结论如下:
　　1.黄斑弄蝶(Ampittia dioscorides)线粒体基因组全长15,313 bp。包含13个蛋白质编码基因，22个tRNA基因，2个rRNA基因和一个AT富含区(D-loop)。各基因的位置、排列顺序及转录方向和大部分的鳞翅目物种一致。各基因或区域的碱基含量也与其他蝶类相似，存在严重的AT偏向性。除COⅠ的起始密码为CGA外，其余蛋白质编码基因的起始密码都是典型的ATN。COⅡ、ATP6、ND5、ND4、ND4L、CYTB、ND1的起始密码子是ATG，ND2、ATP8、COⅢ和ND6的起始密码子是ATT，ND3的起始密码子为ATA。终止密码的使用一般是TAA或者TAG，以TAA为终止密码的基因有8个(ND2、ATP8、ATP6、COⅢ、ND5、ND4L、ND6和Cytb)，ND1和ND3两个基因以TAG为终止密码，其余3个是不完全终止密码，其中COⅠ和COⅡ使用T，ND4使用TA。除tRNASer(AGY)外，其余tRNA都显示典型的三叶草结构。389 bp长的AT富含区中包含1个19 bp的串联重复序列，含有可能是转录和复制的起点。
　　2.玉带凤蝶（Papilio polytes）线粒体基因组全长15，260bp。包含13个蛋白质编码基因，22个tRNA基因，2个rRNA基因和一个AT富含区(D-loop)。各基因的位置、排列顺序及转录方向和大部分的鳞翅目物种一致。各基因或区域的碱基含量也与其他蝶类相似。除COⅠ的起始密码为CGA外，其余蛋白质编码基因的起始密码都是典型的ATN。ND5、ND4L、ND6和Cytb使用ATA，ND2、ATP8、COⅢ、ND3使用ATT.COⅡ、ATP6、ND4和ND1使用ATG。玉带凤蝶线粒体中7个基因(ATP8、ATP6、ND3、ND5、ND4L、ND6和Cytb)以TAA为终止密码，ND1以TAG为终止密码，其余5个基因(ND2、COⅠ、COⅡ、COⅢ和ND4)为不完全终止密码T。除tRNASer(AGY)外，其余tRNA都显示典型的三叶草结构。439 bp长的AT富含区中包含1个10bp的串联重复序列，含有可能是转录和复制的起点。
　　3.基于蝶类的22个物种的线粒体基因组13个蛋白质编码基因(PCGs)和PCGs+核基因wingless的核苷酸序列和氨基酸序列的联合序列分别构建了NJ、MP和BI系统发育树，得到的12棵树具有相似的拓扑结构，蛱蝶科位于系统树的顶部，凤蝶科或弄蝶科位于系统树的基部，但凤蝶科与弄蝶科和粉蝶科与灰蝶科之间的位置关系不够稳定。在所构建的系统发育树中，蝶类的6个科呈现为单性起源。斑蝶科和蛱蝶科亲缘关系较近，支持将斑蝶类群作为科级分类单元的观点。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 蝶类和鳞翅目概述

1．1．1 黄斑弄蝶和玉带凤蝶简介

1．1．2 鳞翅目系统发育研究

1．2 线粒体基因系统发育的研究进展

1．2．1 线粒体基因组的结构和特点

1．2．2 线粒体基因在系统发育研究中的应用

1．3 核基因及无翅基因在系统发育中的研究

1．4 本研究的目的意义

第二章 黄斑弄蝶和玉带凤蝶线粒体基因组的测定及结构分析

2．1 实验材料和方法

2．1．1 实验材料、试剂和仪器

2．1．2 实验方法

2．2 黄斑弄蝶基因组的结构分析

2．2．1 mtDNA的序列结构和碱基组成

2．2．2 蛋白质编码基因

2．2．3 核糖体RNA基因及转运RNA基因

2．2．4 非编码区域

2．3 玉带凤蝶基因组的结构分析

2．3．1 mtDNA序列结构和碱基组成

2．3．2 蛋白质编码基因

2．3．3 核糖体RNA基因及转运RNA基因

2．3．4 AT富含区

第三章 基于线粒体基因全序列及全序列与核基因wingless基因联合序列构建的蝶类系统发育关系

3．1 材料与方法

3．1．1 实验物种的选取

3．1．2 实验方法一系统发育树的构建

3．2 结果

3．3 讨论

3．3．1 总科级分类单元的系统关系

3．3．2 科级分类单元的系统关系

3．3．3 系统发育结果

3．3．4 外群的选择

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

声明