半翅目异翅亚目及臭虫型内部分子系统发育研究(半翅目：异翅亚目)

摘要

半翅目异翅亚目（六足总纲：昆虫纲：半翅目）是昆虫纲中种类较多，在世界范围广泛分布的一个类群。自从Linnaeus于1735年建立半翅目以来，为了建立自然的分类系统，其内部类群间系统发育关系的研究一直是人们关注的问题，附着生物分类学方法和分子系统学手段的发展，有关异翅亚目高级阶元间系统发育关系的研究成为近年来关注的热点。
　　 本研究以异翅亚目七个型，臭虫型内各总科和盲蝽科各亚科为研究对象，对半翅目异翅亚目高级阶元的系统发育关系进行了系统的研究，并首次应用DNA序列对臭虫型总科内部的系统发育关系进行探讨，论文分为6个部分：
　　 第一部分，对半翅目异翅亚目，以及内部类群中的臭虫型和盲蝽科的分类学和系统发育研究的历史及现状进行简要的回顾，并对其中比较重要的系统发育研究工作进行了评价，指出目前研究中存在争议的问题和本研究的意义。该部分还简要介绍了分子系统学研究现状，建树方法、核基因和线粒体基因的比较，总结了异翅亚目分子系统学研究的概况，并对本研究涉及的在完全合并分析中数据不相合性问题及检测方法进行了总结。
　　 第二部分，系统的阐述了取样原则和方法步骤。具体介绍了研究过程中标本采集，鉴定，实验条件，设备型号，分析软件，运算参数等。
　　 第三部分，以18S rDNA全序列，28S rDNA中D3区，线粒体16S rDNA和COI基因片段，共4121 bp序列为分子标记，选取代表异翅亚目七个型的49个类群，2个外群共51种昆虫，对半翅目异翅亚目高级阶元的系统发育关系进行了分析。分别得到了基于四个数据集独立分析和合并分析下的最大似然树和贝叶斯系统发育树。综合分析结果证实了Schuh（1979）和Wheeler等人（1993）基于形态或形态与分子数据得到的臭虫总科和蝽总科的姐妹群关系，以及异翅亚目的单系性。并提出了与以往结果不同的观点：蝎蝽型为异翅亚目的基部分支，鞭蝽型与黾蝽型互为姐妹群。细蝽型与奇蝽型的关系未得到明确解析。在分子标记的评价方面，证实了18S rDNA为研究这一阶元工作适合的分子标记，28S rDNA的D3区和COI基因片段可以提供部分信息，而16S rDNA则不适合异翅亚目高级阶元的研究。
　　 第四部分，针对目前在半翅目异翅亚目臭虫型系统发育研究中存在的争议，应用18S rDNA全序列，28S rDNA中D3区，线粒体16S rDNA片段共3277 bp序列，对代表臭虫型全部17个科中12个科的46个类群和3个外群（未包括粗股蝽科，非姬蝽科，毛唇花蝽科和丝蝽科和Schuh等2008年新增的一科Curaliidae），采用最大简约法，最大似然法，贝叶斯法构建系统发育树。研究结果证明了Schuh和Stys（1991）分类系统中臭虫总科的合理性，反映了臭虫总科和姬蝽科的近缘关系。通过使用ILD，PBS系数和PABA三种方法检测合并数据集中数据的不相合性，证明了在16S rDNA和核基因数据之间存在着显著的不相合性。16S rDNA被证明存在碱基替换饱和并在合并中引入冲突信号，不适合解决臭虫型高级阶元的系统发育关系。而18S rDNA和28S rDNA为完全合并系统发育树提供了主要的支持。
　　 第五部分，根据目前盲蝽科亚科间系统发育关系尚无基于大量分子序列研究的状况，选取NCBI中已有的盲蝽科四个基因（18S rDNA全序列，28S rDNA中D3区，线粒体16S rDNA，COI基因片段）共约3600 kb序列为分子标记，代表全部八个亚科中的七个亚科（25种），运用最大简约法，最大似然法，最小进化法和贝叶斯方法分析其系统发育关系。完全合并四个分子标记所得的数据集在各种算法中都得到了唯一确定的分子树，而且在这些分子树中，尤其是贝叶斯树中，代表亚科间关系的基部分支都得到了较高的节点支持率，证实了盲蝽亚Mirinae和齿爪盲蝽亚科Deriocorinae的姐妹群关系，也证明盲蝽单眼和拟蚁特征多次发生的可能。与Schuh（1974，1976）基于形态数据得到的结果主要区别在：盲蝽的基部分支不再是树盲蝽亚科Isometopinae，而是叶盲蝽亚科Phylinae：合垫盲蝽亚科Orthotylinae与叶盲蝽亚科近缘而非姐妹群。
　　 第六部分总结了全文的主要结果和得到的结论，并对论文不足之处的改进和进一步的工作提出了设想。

目录

文摘

英文文摘

第一章 研究背景

第一节 半翅目异翅亚目昆虫的分类和系统学研究背景

1.1.1 半翅目（Hemiptera：Heteroptera）的系统学研究概况

1.1.2 半翅目异翅亚目（Hemiptera：Heteroptera）研究历史

1.1.3 半翅目异翅亚目高级阶元系统发育关系研究现状

1.1.4 臭虫型（Cimicomorpha）的分类及系统发育研究简况

1.1.5 盲蝽科（Miridae）的分类研究概况

1.1.6 盲蝽科（Miridae）亚科间系统发育关系研究现状

第二节 分子系统学及其在半翅目异翅亚目中的应用

1.2.1 分子系统学研究概状

1.2.2 DNA序列建树方法的比较

1.2.3 线粒体基因和核基因作为分子标记的比较

1.2.4 半翅目异翅亚目分子系统学研究概况

第三节 多元数据的分析和数据相合性检测

1.3.1 多元数据分析

1.3.2 数据不相合性存在的范围和成因

1.3.2 检测数据不相合性的方法

1.3.3 数据相合性检测与系统发育分析

第二章 实验材料和实验方法

第一节 实验标本的采集、选择和保存

2.1.1 标本的采集方法

2.1.2 标本的采集地点

2.1.3 标本保存和鉴定

2.1.4 标本选择标准

第二节 实验方法

2.2.1 分子标记的选择

2.2.2 引物设计和改进

2.2.4 基因组DNA的提取

2.2.5 PCR反应、产物检测和测序

第三节 数据分析方法

2.3.1 序列核对和提交

2.3.2 序列比对和比对结果的校正

2.3.3 序列特征的统计

2.3.4 系统发育分析

第三章 半翅目异翅亚目的系统发育研究

第一节 研究目的

第二节 研究选取的类群,步骤,条件

3.2.1 研究类群的选取

3.2.2 实验条件

3.2.3 系统发育分析

3.2.4 数据相合性检测

第三节 实验结果

3.3.1 序列特征

3.3.2 饱和性检测

3.3.3 系统发育分析结果

第四节 结果分析

3.4.1 对四个基因分子标记的评价

3.4.2 研究结果对异翅亚目系统发育关系启示

第四章 半翅目臭虫型系统发育研究

第一节 研究目的

第二节 研究选取的类群,步骤,条件

4.2.1 研究类群的选取

4.2.2 实验条件

4.2.3 系统发育分析

4.2.4 数据相合性检测

第三节 实验结果

4.3.1 序列特征

4.3.2 饱和性检测

4.3.3 系统发育分析结果

第四节 结果分析

4.4.1 数据相合性和分子标记

4.4.2 对臭虫型系统发育关系的启示

第五章 半翅目臭虫型盲蝽科系统发育研究

第一节 研究目的

第二节 研究选取的类群,步骤,条件

5.2.1 研究类群的选取

5.2.2 基因的选取

5.2.3 实验条件

第三节 实验结果

5.3.1 序列特征

5.3.2 饱和性检测

5.3.3 系统发育分析结果

第四节 结果分析

5.4.1 四个分子标记在盲蝽科系统发育研究中的应用

5.4.2 盲蝽科亚科间的系统发育关系假设

5.4.3 结果对盲蝽科分类研究的启示

5.4.4 盲蝽科单眼和拟蚁性状进化方式

第六章 总结与展望

第一节 结果和假设

第二节 评价和展望

6.2.1 创新之处

6.2.2 不足之处

6.2.3 今后研究方向

致谢

参考文献

附录

个人简历