网翅蝗科（直翅目：蝗总科）部分种类的分子系统学研究

论文摘要

网翅蝗科Arcypteridae是蝗总科中的一个较大的类群，分布于世界各地。我国已知4个亚科47个属223种，广泛分布于全国各地，主要分布于古北区，东洋区相对较少。它是中国昆虫分类专家基于中国蝗虫区系特点而创建的一个科级分类单元，不同学者对这一类群的分类归属意见各不相同，尤其是和国外的分类学者在部分种、属级、亚科级分类单元归属方面之间存在着很大的争议。虽然前人从细胞学、形态学、发音机制、分子生物学等角度对此作了许多研究，但是总体上研究的不够深入，依然存在许多分歧。 本研究采用PCR产物直接测序法测定了2亚科31种网翅蝗科昆虫及1种癞蝗（外群）的线粒体基因Cyt b和16SrRNA、核基因28SrDNA的部分片段序列以及线粒体COⅡ全序列，使用ClustalX1.83进行序列比对，MEGA V2.1进行序列组成分析，对线粒体基因Cytb、COⅡ数据集按照蛋白质基因密码子第一、二、三位点划分子集，16SrRNA数据集按照RNA基因的不同功能域划分茎区和环区子集，按照蛋白质基因、线粒体基因及核基因同线粒体基因联合组成联合数据集：COⅡ&Cytb，16SrRNA&Cytb&COⅡ，16SrRNA&Cytb&COⅡ&28SrDNA，并对各数据集及其子集进行了数据探索研究。在PAUP*4.0b10（PPC）中采用NJ法、MP法、ML法以及在Mrbayes V3.0中的贝叶斯系统发育推论（BI）法进行系统发育关系重建，得出以下结论： 1．31种网翅蝗科昆虫3线粒体基因Cytb、COⅡ及16S rRNA具有昆虫线粒体所具有的高A+T含量，三基因片段分别为73.6％、71.0％与67.6％；从变异位点数目来看，COⅡ的数目最多，Cytb次之，16SrRNA的较少。而核28SrDNA非常保守，全部509个位点只有44个（不含外群）、72个（含外群）的变异位点，28S rDNA的A+T含量只有30.5％，其中G的含量高达35.0％，与线粒体基因之间存在着明显的区别。 2．数据探索研究结果如下： ①碱基频率偏向性x2（Chi-square）检验表明Cytb和COⅡ的第三位点在分类单元间存在碱基组成偏向性；②碱基替换饱和性分析发现16SrRNA的环区及COⅡ、Cytb的第三位点存在替换饱和现象；③PTP检验揭示四个数据集及其子集、联合数据集都含有显著区别于随机信号的系统发育信息。④g1检验显示线粒体COⅡ基因系统发育信号最强，其次为16SrRNA，Cytb，而以核基因28SrDNA最弱（g1=-0.5096），基本与Cytb（g1=-0.5185）的相当。联合数据集的检验结果表明线粒体基因联合发育信号得到增加，但核基因和三线粒体基因联合不如线粒体三

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一部分 前言
• 1 网翅蝗科研究现状
• 1.1 网翅蝗科昆虫分类地位
• 1.2 中国网翅蝗科昆虫分类简介
• 1.3 网翅蝗科系统学研究现状
• 2 动物分子系统学的研究方法和进展
• 2.1 分子系统学概述
• 2.2 线粒体基因及其在动物分子系统学中的应用
• 2.2.1 动物线粒体基因组成及分子进化
• 2.2.2 线粒体基因在动物分子系统学中的应用
• 2.2.2.1 线粒体基因在分子系统学中的应用概述
• 2.2.2.2 Cytb、COII和16SrRNA的分子进化特征及其应用进展
• 2.3 核基因及28SrDNA在动物分子系统学中的应用进展
• 2.3.1 核基因应用简介
• 2.3.2 28SrDNA在动物分子系统学中的应用
• 3 分子系统发育分析的程序和方法
• 3.1 取样
• 3.2 序列比对
• 3.3 数据探索方法
• 3.4 系统树构建方法
• 3.5 关于多源数据集的分析
• 3.5.1 多源数据集的概念
• 3.5.2 三种学派的比较
• 3.5.3 多源数据集分析方法
• 4 本研究的目的和意义
• 第二部分 材料与方法
• 1 实验材料
• 1.1 材料来源
• 1.2 仪器和试剂
• 1.2.1 实验仪器
• 1.2.2 实验试剂
• 2 实验方法
• 2.1 总 DNA的提取
• 2.1.1 提取过程所用的试剂
• 2.1.2 提取步骤
• 2.1.3 总 DNA检测
• 2.2 PCR扩增
• 2.2.1 基因和引物的选择
• 2.2.2 PCR扩增体系和扩增条件
• 2.2.3 PCR产物纯化及测序
• 3. 实验数据的处理和分析
• 3.1 序列编辑及序列比对
• 3.2 序列组成分析
• 3.3 数据组系统发育信号检测
• 3.3.1 碱基替换饱和性分析
• 3.3.2 树长分布分析
• 3.3.3 PTP检验
• 3.3.4 不相合长度差异检验（ILD test）
• 3.4 系统发育分析方法
• 3.4.1 MP法建树
• 3.4.2 极大似然法建树
• 3.4.3 距离法建树
• 3.4.4 贝叶斯系统发育推论建树
• 3.4.5 不同系统树的 SH检验
• 第三部分 结果与分析
• 1 基因组总 DNA的提取、PCR扩增及序列的测定
• 1.1 总 DNA提取
• 1.2 引物的适用性和目的片段的扩增
• 1.3 PCR产物测序
• 2 实验数据处理和分析
• 2.1 序列比对结果
• 2.2 序列组成成分分析
• 2.2.1 线粒体 DNA
• 2.2.2 核28SrDNA
• 2.2.3 联合数据集
• 2.2.4 各数据集R值比较
• 2.3 分类单元间碱基组成频率检验
• 2.4 各数据组未校正 P距离
• 2.5 系统发育信号检测
• 2.5.1 碱基替换饱和性分析
• 2.5.2 随机树长分布分析
• 2.5.3 PTP检验
• 2.5.4 可联合性分析
• 3 系统发育分析
• 3.1 简约法建树
• 3.1.1 Cytb构建 MP树
• 3.1.2 CoII构建MP树
• 3.1.3 16SrRNA、28SrDNA构建 MP树
• 3.1.4 联合数据集构建 MP树
• 3.1.5 PBS（Partition Bremer surport）检验
• 3.1.6 构建加权 MP树
• 3.2 最大似然法建树
• 3.3 距离法建树
• 3.4 贝叶斯法建树
• 3.5 不同建树方法的比较
• 3.5.1 不同方法单基因建树之间的比较
• 3.5.2 基因联合不同建树方法的比较
• 4 四种方法所建四基因联合树的 SH检验
• 5 网翅蝗科部分种类系统发育关系
• 第四部分 讨论
• 1 可靠目的基因序列获得的方法
• 2 数据分析的探讨
• 3 系统发育构建策略
• 3.1 分类单元的选择
• 3.2 性状的取样选择（character sampling）
• 3.3 多源数据集分析策略
• 3.4 系统发育的建树方法
• 4 关于网翅蝗科的系统发育问题
• 第五部分 总结
• 参考文献
• 附录1 序列比对结果
• 附录2 部分序列荧光峰图
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果