基于18S rRNA基因序列的直翅目主要类群系统发育关系研究

基于78种直翅目昆虫的18S rRNA基因全序列构建了直翅目各主要类群间的系统发育关系。本研究的结果支持直翅目的单系性,但不支持蝗亚目和螽亚目各自的单系性;直翅目下除蜢总科和蝗总科外各总科的划分多数与Otte系统相一致;蜢总科的单系性得不到支持;蝗总科的剑角蝗科、斑腿蝗科、斑翅蝗科、网翅蝗科和槌角蝗科5科均不是单系群,各物种间的遗传距离差异不大,应合并为一科,即蝗科;本研究支持将Otte系统中蚱总科和螽蟖总科下各亚科级阶元提升为科级阶元;18S rRNA基因全序列可以作为划分科级阶元的工具,当位于同一分支上互成姐妹群的类群间的遗传距离超过1%时,这几个类群属于不同的科;但由于其在进化上的保守性,18S rRNA基因只能用于纲目等高级阶元间关系的研究,而由其获得的总科以下阶元间的关系并不可靠。     

直翅目昆虫线粒体基因组研究进展

本文总结了本实验室对40余种直翅目昆虫的线粒体基因组序列的研究方法和主要结果.直翅目线粒体基因组研究中最重要的发现包括：（1）在直翅目昆虫线粒体基因组中发现了3种基因排列次序.蝗亚目除蜢总科外都具有DK排列.蜢总科的变色乌蜢为KD 排列,与蝗亚目其他总科不同,而与螽亚目昆虫的排序方式相同.已测出的螽亚目大多数昆虫的KD 排列顺序与典型节肢动物的完全相同,但在黄脸油葫芦Teleogryllus emma发生了tRNA^Glu,tRNA^Ser和tRNA^Asn的倒置;（2）在疑钩额螽Ruspolia dubia中发现了一种到目前为止具有最短控制区（70 bp）的线粒体基因组;（3）采用多种方法分析了昆虫A+T富集区存在的调控序列和二级结构特征,获得了昆虫A+T富集区保守序列的一致结构.采用Z曲线分析蝗虫的A+T富集区,表明也存在与原核生物复制起点类似的信号;（4）构建了30种蝗虫12S rRNA和16S rRNA的二级结构.在昆虫线粒体基因组非编码链中发现了一些类tRNA结构和tRNA异构体;（5）构建了基于线粒体基因组数据的直翅目昆虫主要亚科以上分类单元之间的系统发育关系.     

基于线粒体COI基因全序列的直翅目部分类群系统发育关系分析

该研究基于直翅目56种昆虫的COI基因全序列构建了该目部分类群间的系统发育关系,同时也分析了COI基因编码的氨基酸序列构建直翅目系统发育关系的可靠性。将COI序列按照密码子一、二、三位点划分,分别计算PBS(partioned Bremer support)值,评估蛋白质编码基因密码子不同位点的系统发生信号强度。分析结果支持螽亚目和蝗亚目的单系性;剑角蝗科、斑腿蝗科、斑翅蝗科、网翅蝗科和槌角蝗科5科均不是单系群,科间的遗传距离在0.107~0.153之间变化,与其他科相比遗传距离较小,符合将这5科合并为一科(即蝗科)的分类系统,瘤锥蝗科和锥头蝗科归为锥头蝗总科,癞蝗科单独成为一科,这也与Otte(1997)系统的划分一致。根据PBS值的大小推断密码子第三、第一位点对系统树分支的贡献比第二位点大,并且较长的序列含有较多的信息位点。研究也证实将各物种COI基因之间的遗传距离作为直翅目划分科级阶元的工具是可行的。     

基于线粒体ND2基因的直翅目部分种类分子系统学发育研究

本文的研究目的是通过对直翅目部分种类的线粒体ND2基因进行分析,重建直翅目内部昆虫的系统发育关系,并探讨分子系统发育关系和传统分类结果的异同。基于80个物种ND2基因的研究结果显示直翅目ND2基因存在碱基偏向性A T含量平均为73%,第三位点A T含量79.9%最高,推测这与氨基酸变异有关。直翅目具有单系性,而蝗亚目内部的剑角蝗科、网翅蝗科、槌角蝗科和斑腿蝗科均不是单系群,锥头蝗科和瘤锥蝗科亲缘关系较近,这与Otte分类系统相一致,建议将锥头蝗科和瘤锥蝗科合并为一个科。癞蝗科的分类地位存在争议有待进一步深入的研究。     

基于线粒体ND2基因的直翅目部分种类分子系统发育分析

测定了39种直翅目昆虫线粒体ND2基因全长序列,联合GenBank中41种直翅目昆虫的ND2基因序列,探讨ND2基因在解决直翅目系统发育分析上的功效,为建立直翅目的主要类群之间稳定的系统发育关系提供更多的数据。研究结果表明,直翅目昆虫的ND2基因序列全长为996～1 029 bp,平均长度为1 020 bp,A+T含量平均为73%。用贝叶斯法(Bayesian,BI)、最简约法(maximum parsimony,MP)和最大似然法(maximum likelihood,ML)构建系统树,SH检验显示,RAxML法构建的ML树似然值最大,与PAUP*的ML法构建的ML树差异显著,而与贝叶斯树和简约树没有明显差异。所有系统树都显示直翅目为单系群;而蝗亚目的剑角蝗科、网翅蝗科、槌角蝗科和斑腿蝗科均不是单系群,锥头蝗科与瘤锥蝗科亲缘关系较近,这与Otte分类系统一致。螽亚目基本由两大分支构成,一支是蝼蛄总科和蟋蟀总科聚集而成,且具有很高的置信度;另一大分支由螽斯总科独自构成。     

直翅目昆虫分子系统学研究新进展

对1994年以来国内外在直翅目昆虫种群遗传变异及进化、种及种下阶元的分类鉴定、种上阶元的系统发育分析及分子进化等分子系统学方面的研究进展进行了综述。近年来,蝗亚目昆虫分子系统学方面的研究成果较为丰富,而有关螽亚目的分子系统学研究较少。线粒体基因和核基因序列联合分析、整个基因组全序列分析以及分子数据与形态学的密切结合将是分子系统学未来发展的主要研究手段。     

蝗总科部分种类16S rDNA的分子系统发育关系

将自测的我国直翅目蝗总科8科8个种和从互联网GenBank中检索到相关物种的线粒体基因组：16S rDNA序列片段进行同源性比较,计算核苷酸使用频率,并构建分子系统树。在获得的480bp的序列中。A T约占70．7％,G C为29．3％,颠换取代(transversion)的速率大于或接近转换取代(transition)的速率,其中188个核苷酸位点存在变异。研究结果表明：在直翅目蝗总科有差异的188bp中,属内种间的碱基序列差异仅为1．5％,科内属间为3．5％～3．6％,科间差异为4．8％～15．8％,亚目间差异达到15．2％～25．6％。分子系统树表明：科内的属和属内的种均优先聚在一起;蝗总科8科的起源关系为：锥头蝗科→瘤锥蝗科→癞蝗科→斑翅蝗科→剑角蝗科→网翅蝗科和槌角蝗科→斑腿蝗科;锥头蝗科与瘤锥蝗科关系较近,是蝗总科内最原始的类群;槌角蝗科和网翅蝗科互为姐妹群,与最进化的斑腿蝗科关系较近;蚤蝼科为独立的一支,最先分出,似为一个亚目,与现用的分类系统有明显差别;哈螽科(螽嘶总科)和蟋蟀科聚在一起为剑瓣亚目(Ensifera),蚱科和蝗总科的8科组成短瓣亚目(Caehfera),同现用的分类系统。     

利用线粒体16S rRNA基因全序列分析直翅目主要类群的系统发生关系

为了构建稳健的直翅目主要类群间的系统发生关系并探讨16S rRNA基因序列在构建直翅目昆虫不同分类阶元系统发生关系时的可行性、功效以及性能,文章测定了直翅目4总科9科18种昆虫的16S rRNA基因全序列,联合已知该基因全序列的其他40种昆虫,构建了直翅目主要类群之间的系统发生关系,并分析了16SrRNA基因全序列的系统发生性能和功效。结果表明,直翅目昆虫的16S rRNA基因全长平均为1 310 bp;除生活方式特化的蚤蝼总科和蝼蛄总科的地位无法确定外,直翅目其他主要类群系统发生关系比较稳定;蝗总科下除了斑翅蝗科和槌角蝗科外,剑角蝗科、斑腿蝗科、网翅蝗科都不是单系群,且用不同的方法构建的系统发生树中聚类情况完全一致,各科间遗传距离差异不大,建议将其合为一科;锥头蝗科、瘤锥蝗科和癞蝗科间的遗传距离差异也不大;在构建系统发生树时,16S rRNA基因环区的信息量要比茎区的大;16S rRNA基因可以构建可靠的直翅目属与种水平和目与亚目高级阶元的系统发生关系,但对科和总科阶元缺乏足够的分辨力。     

基于线粒体基因组数据的扁甲系总科间系统发育关系分析

扁甲系是鞘翅目多食亚目中最大的一个类群,具有重要的经济意义.尽管扁甲系昆虫的单系性得到广泛支持,但7个总科间的系统进化关系仍存在不确定性.为此,本研究测定了锈赤扁谷盗和锯谷盗的线粒体基因组,并联合已测的67个扁甲系昆虫线粒体基因组,构建了扁甲系昆虫总科间的系统发育关系,并采用似然值检验对不同的树拓扑结构进行了评价.结果表明,锈赤扁谷盗全线粒体基因组的大小为15497 bp,编码13个蛋白质编码基因、22个转运RNA基因和2个核糖体RNA基因.锯谷盗接近全长的线粒体基因长为13588 bp,编码34个基因,缺少trnI, trnQ和trnM等3个转运RNA基因.锈赤扁谷盗和锯谷盗线粒体基因的基因含量、基因排序、碱基组成、密码子使用等特征,与大多数已测鞘翅目昆虫的线粒体基因组高度相似.基于3个线粒体基因数据集及3种树构建方法的系统发育分析结果表明,瓢虫总科、叶甲总科、象甲总科、拟步甲总科和郭公虫总科等5个类群均为单系性,而扁甲总科始终为并系.树拓扑结构检验结果表明,扁甲系总科间的系统发育关系为((郭公虫总科+瓢虫总科)+(拟步甲总科+(扁甲总科(叶甲总科+象甲总科)))).尽管线粒体数据集的构成及系统发育分析方法对树拓扑结构具有重要影响,但线粒体基因组数据在扁甲系昆虫系统与进化研究方面具有重要应用价值.     

四川华绿螽线粒体基因组序列分析

本研究采用第二代测序技术对四川华绿螽的基因组进行测序,并组装得到了完整的线粒体基因组序列。结果显示:四川华绿螽线粒体基因组序列全长18 051 bp,包含37个基因和1个控制区。与大部分已测序的螽亚目昆虫类似,四川华绿螽线粒体基因组具有通常的基因方向、t RNA结构、相对较低的A+T偏好性。但其基因排列与祖先序列明显不同,具有新的基因排序12S r RNA-t RNA~(Ile)-t RNA~(Met)-nad2-CR-t RNA~(Gln)-t RNA~(Trp)。控制区较长,为3 074 bp,由两部分组成,一部分是与nad2相邻的高A+T偏向性区域(A+T-biased region,ATR),另一部分是与t RNA~(Gln)相邻的串联重复(tandem repeat,TR)区。另外,在t RNA~(Ser(UCN))和nad1之间也有一段长度为123 bp的串联重复序列。基于已测序的线粒体基因组序列,我们对直翅目昆虫线粒体基因组的结构和排序进行了比较分析。本研究为直翅目系统发生关系重建积累了有价值的数据资料。