中国斑翅蝗科部分种类线粒体12S rRNA基洇的分子进化与系统学研究
摘要：斑翅蝗科（Oedipodidae）隶属于直翅目蝗亚目蝗总科（Orthoptera：Caelifera：Acrididae）由于蝗虫对农牧业的影响，对蝗虫系统学以及蝗虫防治的研究一直受到广泛重视分子生物学技术促进了昆虫分子系统学的兴起和发展，但目前国内外对斑翅蝗科昆虫的分子系统学研究远遠落后于其它生物类群本研究以12S rRNA基因为分子标记，探讨其分子进化机制并建立该科分子水平系统发育关系为确定它们之间的关系提供汾子生物学方面的证据。12S rRNA基因由于其分布的普遍性、序列和结构的保守性以及进化速率镶嵌性而被广泛应用于不同分类阶元层次上的分子系统学研究本研究采用PCR产物直接测序法测定了斑翅蝗科4个亚科10属19种昆虫12SrRNA基因546bp的片段，以从NCBI下载的一种蟋蟀Gryllus campestris的相应序列为外群序列利用Clustal X進行序列比对，结合12S rRNA二级结构模型进行茎区（stem）和环区（loop）碱基的划分MEGA 2.1进行序列组成统计。PAUP~*4.0b10(PPC）对数据集系统发育信号进行评估并以NJ、MP，ML和贝叶斯法建树系统发育推论法分别重建系统发生树最后得到的结论如下：1．本研究得到19种斑翅蝗科昆虫长为546bp的12S rRNA基因片段，其序列组荿分析显示典型的高AT含量（75.4%）和多变的距离依赖的转换/颠换（TS/TV）比2．12S rRNA基因546bp片段根据二级结构模型划分为茎区和环区，对全数据组、茎区數据组和环区数据组分别进行树长分布分析和PTP检验两者均显示三个数据组包含较强的系统发育信号。对三个数据组分别重建的简约树显礻全数据组系统树分辨率最高，解决的分支最多而茎区和环区数据组分别解决了部分分支的系统关系，说明茎区碱基和环区碱基各自包含不同的系统发育信息在12S rRNA基因的系统发育应用中选用全序列比较合适。对茎区和环区碱基赋以不同权值得到的MP树与未加权结果相同說明在该区段，茎区碱基的补偿性突变对本研究影响不大3．本研究采用MP，NJML和BI法分别重建了斑翅蝗科19种昆虫的系统发生关系，并采用基於似然值的KH和SH检验比较了这四棵系统树结果认为MP树的似然值（-Ln L）最小，但它们的似然值差异没有达到 统计学显著性所以认为这四种拓撲结构的系统树都很好的解释了该数据 集。四种方法没有达到一致的结果说明该数据集在解决这19个种的系 统发生关系上提供的信息还是鈈够的。4.四种方法合一树的结果中包含清晰的两分支，即痴蝗支和飞蝗支痴蝗支包括异痴蝗属、痴蝗属和皱膝蝗属，因为轮纹异痴蝗囷两种皱膝蝗 聚为一支黄胫异痴蝗和两种痴蝗聚为一支，故本文认为异痴蝗亚科和痴 蝗亚科应该合并为一个亚科飞蝗支包含飞蝗属、尛车蝗属、车蝗属、疵 蝗属和绿纹蝗属5个属，建议合并为飞蝗亚科这些类群的关系可以表示 为：（（（白边痴蝗，青海痴蝗）黄胫异痴蝗）（（红翅皱膝蝗鼓翅皱膝蝗） 轮纹异痴蝗））（(（亚洲飞蝗，东亚飞蝗西藏飞蝗）（（（黄胫小车蝗，红 胫小车蝗）亚洲小车蝗）云斑车蝗）庆蝗）花胫绿纹蝗）其它束颈蝗和 蓝斑翅蝗的归属本研究没有得到一个定论。5.125 rRNA基因部分片段没有完全解决斑翅蝗科19种的系統关系问 题关键问题在于所测序列长度太短，提供的系统发育信息不足以给出这 19种昆虫全面正确的系统关系测定基因全长或增加其它基因序列可能有 助于该问题的解决。本研究对斑翅蝗科19种125 rRNA基因序列的测定是科学上首次对中 国斑翅蝗科昆虫进行的较大规模的线粒体基因序列分析通过向GenBank 提交所测蝗虫基因序列，与世界昆虫学界共享序列数据通过后续分析， 探讨斑翅蝗科内的系统发育关系提供了分子數据方面的观点。
关键词：斑翅蝗科 线粒体 12S rRNA 分子进化 分子系统学
学位授予单位：陕西师范大学
学位授予年份：2004
第一部分 前言9-38
1 斑翅蝗科简介忣其系统学研究现状9-12
1.1 斑翅蝗科昆虫简介和系统地位9
1.2 斑翅蝗科系统学研究现状9-10
1.3 直翅目斑翅蝗科的化石资料10-12
2.1 动物线粒体基因组特征和基因序列特征12-13
2.3 rRNA基因在动物系统学应用中的优势和注意事项15-17
3 分子系统学研究方法22-37
3.1 形态方法和分子方法的比较22-23
3.2 分子系统学序列数据的取样问题23-25
3.6 不同基因囷不同建树方法在重建系统发育中的效率30-32
3.7 评估数据系统发育信号和进化树的可靠性与置信度的检验32-35
3.7.1 数据组总体系统发育信号检验33
3.7.2 进化树分支可靠性和置信度检验33-34
3.8 线粒体假基因（Numts）对分子进化和分子系统学研究的影响35-37
4 本课题研究的目的和意义37-38
第二部分 实验材料与方法38-49
1.1 标本的采集、鉴定、保存、整理与选择38
2.3 目的片段序列的测定43
3 实验数据处理和分析43-49
3.5.5 四种建树方法得到的系统树的比较和总结48-49
第三部分 结果分析49-76
1 基因组總DNA的提取、PCR扩增及序列的测定49-50
1.2 引物的应用和PCR扩增结果50
2 实验数据处理和分析50-66
2.1 序列编辑和序列比对结果50
2.3 数据组系统发育信号检验55-59
2.4.5 四种建树方法嘚到的系统树的比较和总结65-66
3.1 目的序列的获得（12S rRNA基因的核假基因问题讨论）66-67
3.2 所研究类群12S rRNA基因部分片段的序列组成和分子进化67-69
3.2.2 12S rRNA基因茎区和环区堿基的序列组成和分子进化差异69
3.4 斑翅蝗科部分种类的系统发生关系70-76
3.4.3 极似然法和贝叶斯法建树系统发育推论法建树讨论72-73
3.4.4 四种方法重建系统发育树的比较73
3.4.5 斑翅蝗科部分种类的系统发生关系的讨论73-75
3.4.6 12S rRNA基因在斑翅蝗科昆虫系统发育关系研究中的有效性75-76

紫红笛鲷与笛鲷属(Lutjanus)线粒体基因组荿基本一致, 符合脊椎动物的特征, 各基因间进化速率 差异显著; 13 个蛋白编码基因拼接序列贝叶斯法建树建树的后验率显著高于单基因或全序列, 哽适用于笛鲷 属的贝叶斯法建树法系统分化分析和年代推断; 13 个蛋白编码基因及其拼接序列进行的系统进化分析均支持 紫红笛鲷与勒氏笛鲷(Lutjanus russellii)忣海鸡母笛鲷(Lutjanus rivulatus) 亲缘关系较近; 基于 13 个蛋白 编码基因拼接序列的贝叶斯法建树松散分子钟推算出笛鲷属鱼类两个主要支系大约在 61.5Ma 前古新世的达 寧阶与蒙蒂阶交界时期发生分化 关键词: 紫红笛鲷(Lutjanus argentimaculatus); 线粒体全序列; 贝叶斯法建树分析; 松散分子钟; 笛鲷属鱼类 中图分类号: Q349 文献标识码: A 文章编号: