缘蝽科昆虫线粒体COI基因的分子系统学研究（半翅目：异翅亚目）

摘要

缘蝽科隶属于半翅目 Hemiptera，异翅亚目Heteroptera，缘蝽次目Infraorder Pentatomomorpha，缘蝽总科Coreoidea。属世界性分布，已知250属约1800种。我国已知约63属近200种，全部为植食性。其吸取寄主的营养器官和繁殖器官的汁液，为害作物。国内外已从分类学、分子系统学、生物地理学、生物防治等各个方面对缘蝽科进行了广泛的研究。在系统学方面，缘蝽科内族间、属种间的系统发育关系一直存在着较大的争论，目前已从外部形态特征、分子生物学特征、酯酶同工酶等方面进行过探讨。 线粒体编码细胞色素C氧化酶亚基 I 基因(COI)已成为当前动物分子系统学中应用最广泛的分子标记之一，特别是在昆虫中。本研究采用PCR产物直接测序法测定(13种)及从NCBI上下载(3种)共计缘蝽科11属16种昆虫的线粒体COI 726 bp的序列，借助系统发育分析软件，采用邻接法(NJ)、最小进化法(ME)、最大简约法(MP)、最大似然法(ML)及贝叶斯推论法(B1)五种方法探讨了缘蝽科部分种类的系统发育关系。通过分析讨论，得出如下结论： 1.缘蝽科16种昆虫COl基因T、C、A、G的平均含量分别为37.0％、14.9％、33.4％和14.8％。A+T平均含量达到70.4％，G+C平均含量达到29.6％，A+T的含量明显高于G+C的含量，表现出非常强的A+T含量偏向性，同多数昆虫的核苷酸频率相一致。缘蝽科16种昆虫COI基因726 bp序列共编码242个氨基酸，由20种氨基酸组成，其中丝氨酸(Ser)、异亮氨酸(Ile)含量最高，反映出COI基因在氨基酸组成上具有一定偏向性。 2.缘蝽科16种昆虫COI转换频率和颠换相同；转换主要发生在T与C之间，颠换主要发生在A与T之间。密码子第二位点的转换与颠换数目都比较小，占转换与颠换总数的5.4％和1.9％；密码子第三位的转换和颠换的频率都较高，转换频率占总数的71.4％，颠换占总数的80.4％。 3.从GenBank上下载红蝽总科的Physopelta quadriguttata和猎蝽总科的Triatoma maculate作为外群，建立缘蝽科11属16种间的系统发育关系。结果显示狭义巨缘蝽族两属为一个单系群，竹缘蝽族的两个属为一单系群，缘蝽属与棘缘蝽属亲缘关系非常近。 4.五种建树方法显示出了几个问题：同缘蝽族是否为一单系群，普缘蝽属为何与同缘蝽族聚在一起；瘤缘蝽属与怪缘蝽属是否应为一单系群并回归于菲缘蝽族；怪缘蝽属与黑缘蝽属(沟缘蝽亚科)关系似乎更为接近。 5．运用COI基因的核苷酸序列对缘蝽科昆虫进行分子系统研究时，各属种间的分类关系都比较明确，得到的树的拓扑结构大都一致。因此，COI 基因在分析种间和属间的系统发育关系时，是一个较为有效的分子标记。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一部分前言

1缘蝽科昆虫概述

1.1缘蝽科昆虫简介

1.2缘蝽科昆虫的主要形态学特征

1.3缘蝽科昆虫的分类系统

1.4缘蝽科昆虫研究现状

2系统学简介

2.1系统学定义及生物系统学的任务

2.2昆虫系统学研究现状

3分子系统学简介

3.1分子系统学定义

3.2分子系统学的特点

3.3分子系统学的主要成就

3.4分子系统学序列数据的取样问题

3.5分子系统学常用的分析方法

4线粒体基因组

4.1线粒体简介

4.2线粒体的结构

4.3动物线粒体基因组的遗传

4.4线粒体基因组的进化

4.5线粒体DNA序列分析在昆虫系统学研究中的应用

4.6线粒体DNA系统学的优缺点

5 COI基因

5.1 COI基因概述

5.2国内对COI基因的研究

6本课题研究的目的和意义

第二部分材料与方法

1实验材料

1.1实验试剂

1.2实验设备与耗材

1.3标本的采集、固定、保存、鉴定及选择

2实验方法

2.1总DNA提取

2.2 DNA样品检测

2.3线粒体COI基因部分序列的PCR扩增

3实验数据分析方法

3.1序列校对与确认

3.2序列比对

3.3序列组成分析

3.4 COI基因序列系统发育信号检测

3.5系统发育树的建立

3.6进化树分支可靠性和置信度的检验

第三部分结果分析

1基因组总DNA提取、PCR扩增及COI基因序列测定

1.1基因组总DNA提取结果

1.2 PCR扩增产物的检测结果

1.3 PCR产物测序

2缘蝽科Coreidae部分种类COI基因序列的数据处理与分析

2.1序列组成分析

2.2密码子使用频率与氨基酸组成分析

2.3碱基替换分析

2.4遗传距离分析

2.5数据组系统发育信号检验

3缘蝽科Coreidae部分种类COI基因系统发育树构建

3.1最大似然法构建的ML树

3.2邻接法构建NJ树

3.3最小进化法构建ME树

3.4简约法构建MP树

3.5贝叶斯推论

4分析和讨论

4.1缘蝽科部分种类COI基因片段的序列组成和分子进化特征

4.2 COI基因序列数据系统发育信号评估

4.3缘蝽科16种昆虫的系统发育关系

4.4五种系统发育推断方法的比较

4.5线粒体COI基因在缘蝽科昆虫系统发育重建中的有效性

4.6外群的选择

第四部分结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文