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班腿蝗科部分种的线粒体COI与COII基因分子进化与系统学研究

2020-12-01阅读(175)

班腿蝗科部分种的线粒体COI与COII基因分子进化与系统学研究

论文摘要

蝗虫是农牧林业的主要害虫,有些种类可以造成严重危害,不断进行蝗虫基础理论研究,其中包括蝗虫系统学研究是至关重要的。近年来,该方面的研究已迈入分子系统学水平。斑腿蝗科是蝗总科中最大的一个科,目前我国斑腿蝗科的分子系统学研究还不够深入,需要选用更多的分子标记去探讨该科的系统发育关系。线粒体编码基因细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ,Ⅱ（COⅠ,COⅡ）已成为当前动物分子系统学中应用较为广泛的分子标记,特别是在昆虫中。此次研究采用PCR产物直接测序法测定了斑腿蝗科3亚科9属14种的COⅡ基因684bp全序列,3亚科8个届11种的COⅠ基因633bp片段（COⅠ全序列约1.5kb）以锥头蝗科的负蝗作为外群,使用ClustalX1.83进行序列比对,MEGA4.0进行序列组成分析,并对数据集的系统发育信号进行评估,在PAUP*4.0b10（PPC）中采用NJ法、MP法、ML法以及在MrbayesV3.1.2中的贝叶斯系统发育推论（BI）法构建系统发育树。最终得到如下结果:1.14种斑腿蝗科昆虫的COⅡ基因序列片段组成表现明显的A+T含量偏向性（70.4%）,尤其是在密码子第三位高达87.7%。转换和颠换比（TS/TV）与遗传距离具有依赖性。氨基酸序列由20种氨基酸组成,Ile、Leu、Ser、Thr、Asp使用较频繁。COⅠ基因序列片断组成的A+T含量65.4%,第三位密码子也高达87.0%。2.对COⅠ基因633bp和COⅡ基因684bp序列片段构成的全数据组和根据密码子不同位点划分的密码子第一、第二和第三位点数据组的系统发育信号进行评估,内容包括替换饱和分析、树长分布分析和PTP检验,结果显示不同数据组都具有一定的系统发育信息。3.采用NJ、MP、ML和BI法分别构建了斑腿蝗科15种蝗虫的系统发育关系树,结果发现四种方法得到的系统树存在一定差异,这说明这两种数据组在解决这15种蝗虫的系统发育关系上提供的信息有限,还不能彻底的解决系统发育关系。4.应用COⅡ基因对斑腿蝗科昆虫系统发育关系进行研究时发现,该基因在解决斑腿蝗科14种亚科以下属种间的系统发育关系时是一个有效的分子标记,但在解决亚科之间的关系时存在一定不足。本研究对斑腿蝗科14种昆虫线粒体COⅡ基因全序列的测定并对其分子进化特征和系统发育关系的研究,为进一步探讨该科的系统发育关系提供了分子方面的证据,有助于完善我国斑腿蝗科昆虫的系统学研究。5.应用COⅠ基因的部分片断对11种昆虫系统发育关系进行研究时发现,各属间的关系,亚科间的关系仍然很不明确,且不同建树方法的结果没有相互支持和验证。分支情况比较混乱,导致这种情况可能性的原因是:1)COⅠ条形码本身较短数据特征反映不全面,2)进行分析的种类较少,不能真正反映各属的特征。该基因对属内形成稳定的分支具有很好的支持,所以在解决属内系统发育问题是有效的分子标记,该基因适宜用宋探讨蝗虫属、种分类单元的系统发育问题。6.3亚科之间及5属间存在以下关系:（1）切翅蝗亚科不是单系群;（2）黑背蝗亚科与斑腿蝗亚科较切翅蝗亚科亲缘关系近;（3）凸额蝗与斑腿蝗聚到一起,二者具有较近的关系;（4）突额胸斑蝗的系统树树型分类和前人的形态学分类结果一致;（5）罕蝗属与胸斑蝗属的亲缘关系较近。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一部分 前言
  • 1 斑腿蝗科研究现状
  • 1.1 斑腿蝗科概况
  • 1.2 斑腿蝗科形态特征
  • 1.3 斑腿蝗科的起源及分类系统
  • 1.4 我国斑腿蝗科的研究现状
  • 1.5 斑腿蝗科的化石资料
  • 2 昆虫线粒体基因组与COⅠ、COⅡ基因
  • 2.1 昆虫线粒体基因组
  • 2.2 线粒体COⅠ、COⅡ基因
  • 3 昆虫分子系统学
  • 3.1 分子系统学定义
  • 3.2 昆虫分子系统学研究方法
  • 3.3 系统树构建方法
  • 3.4 系统树构建方法的评价
  • 4 本研究的目的和意义
  • 第二部分 实验材料与方法
  • 1 实验材料
  • 1.1 实验所用标本的采集、保存和鉴定
  • 1.2 实验仪器、试剂
  • 2 实验方法
  • 2.1 DNA的提取和检测
  • 2.2 PCR扩增和检测
  • 2.3 扩增结果的纯化
  • 2.4 测序
  • 3 序列编辑
  • 3.1 序列校正
  • 3.2 序列比对
  • 3.3 序列组成分析
  • 3.4 数据组系统发育信号检验
  • 3.5 构建系统树
  • 第三部分 结果与分析
  • 1 基因组总DNA的提取、PCR扩增及测序
  • 1.1 基因组总DNA提取
  • 1.2 PCR扩增结果
  • 1.3 测序
  • 2 COⅠ序列编辑和分析
  • 2.1 COⅠ序列组成分析
  • 2.2 COⅠ碱基替换颠换分析
  • 2.3 COⅠ密码子的使用和氨基酸的组成
  • 2.4 COⅠ未矫正的遗传距离和碱基替换、颠换、R值分析
  • 2.5 COⅠ碱基替换饱和性分析
  • 2.6 COⅠ P距离与R的关系
  • 2.7 COⅠ数据组碱基组成偏向性的x2（Chi-square）检验
  • 2.8 COⅠ随机树长分布分析（g1 test）与PTP检验
  • 3 COⅡ基因序列编辑和分析
  • 3.1 COⅡ序列组成分析
  • 3.2 COⅡ碱基替换颠换分析
  • 3.3 COⅡ密码子的使用和氨基酸的组成
  • 3.4 COⅡ未矫正的遗传距离和碱基替换、颠换、R值
  • 3.5 COⅡ碱基替换饱和性分析
  • 3.6 COⅡ P距离与R的关系
  • 3.7 COⅠ数据组碱基组成偏向性的x2（Chi-square）检验
  • 3.8 COⅡ随机树长分布（g1 test）与PTP检验
  • 4 COⅠ & COⅡ联合数据分析
  • 4.1 COⅠ & COⅡ序列组成分析
  • 4.2 COⅠ&COⅡ碱基替换颠换分析
  • 4.3 p距离,TS,Tv,R值分析
  • 4.4 斑腿蝗科10种昆虫COⅠ&COⅡ基因碱基替换饱和性分析
  • 4.5 斑腿蝗科11种昆虫COⅠ基因P距离和R的关系分析
  • 4.6 斑腿蝗科三个亚科的COⅠ&COⅡ个数据组碱基组成偏向性的x2（Chi-square）检验
  • 4.7 三个亚科COⅠ&COⅡ随机树长分布分析及PTP检验
  • 5 斑腿蝗科的系统发育分析
  • 5.1 贝叶斯法建树（BI）
  • 5.2 距离法建树（NJ）
  • 5.3 简约法建树（MP）
  • 5.3.1 对三个数据集进行MP法建树的结果统计
  • 5.4 极似然法建树（ML）
  • 5.5 对三个数据组的四种建树方法评价
  • 5.6 三个数据组的四种建树法50%合一树
  • 第四部分 讨论
  • 1 目标序列的获得
  • 2 COⅠ、COⅡ基因的分子进化特征
  • 2.1 基因序列组成特征
  • 2.2 不同密码子碱基组成特征
  • 2.3 氨基酸组成和密码子使用频率特征
  • 3 碱基组成偏向性检验
  • 4 数据组系统发育信号评估分析
  • 5 系统树构建结果分析
  • 5.1 简约法建树分析
  • 5.2 距离法建树分析
  • 5.3 极似然法建树分析
  • 5.4 贝叶斯推论法建树分析
  • 5.5 不同方法构建的系统树的比较
  • 6 斑腿蝗科部分种类系统发育关系的讨论
  • 7 COⅠ、COⅡ基因在斑腿蝗科昆虫系统发育关系研究中的有效性
  • 第五部分 NCBⅠ数据和本实验COⅡ序列联合分析
  • 1 贝叶斯法建树（BI）
  • 2 极似然法建树（ML）
  • 第六部分 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 研究生期间发表论文

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