论文摘要
动物线粒体基因组是一个结构和基因组成的相对保守、基因排列紧凑的闭合环状分子,是研究基因组结构、功能和进化的最佳模型。目前线粒体基因组测序工作已取得了丰硕的成果,截止2008年3月,NCBI数据库中已有植物、动物、真菌等各种线粒体基因组1348条。其中后生动物的线粒体基因组数据达1195条。在后生动物中,除了脊索动物（886种）外,节肢动物是数据最多的一个门,共有151种。直翅目是节肢动物门、六足总纲、昆虫纲中一类常见的昆虫,包括蝗虫、蟋蟀、螽蟖、蝼蛄和蚤蝼等昆虫。目前NCBI数据库中已公开的5种直翅目线粒体基因组的昆虫分别属于蝗总科、螽蟖总科、蝼蛄总科,而蚤蝼等其他总科的昆虫还未见报道。另外,关于直翅目的分类一直存在争议,包括亚目、各科的划分。由于线粒体基因组自身的特点,已越来越多地被应用于探讨直翅目的系统发育关系,但受目前可用的线粒体基因组数量的局限,还没能得到比较一致的结果。本研究采用长PCR和二次PCR结合的方法,测定了3种直翅目昆虫的线粒体基因组,分别为蝗总科的短额负蝗Atractomorpha sinensis、蚤蝼总科的日本蚤蝼Tridactylus japonicus和螽蟖总科的中华寰螽Atlanticus sinensis,以充实线粒体基因组数据库。同时,本研究根据已公开的直翅目线粒体基因组和本实验室已测定的其他物种,对直翅目昆虫进行系统发育重建。主要结果如下:1、短额负蝗、日本蚤蝼和中华寰螽3个物种的线粒体基因组长度分别为15 558bp、15 296 bp、15 811 bp,A+T含量分别为74.3%、71.5%、68.8%,均为标准的后生动物线粒体基因组组成,即编码37个基因（13个蛋白质基因:ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND5、ND6、Cyt 6、COⅠ、COⅡ、COⅢ、ATP6和ATP8;2个rRNA基因:1rRNA和srRNA;22个tRNA基因）和一个A+T富集区。日本蚤蝼和中华寰螽的基因排列顺序与典型的节肢动物的排列顺序一样,而蝗总科的短额负蝗在KD排列处发生了KD转为,即为DK排列,其余基因的排列顺序完全一致。2、短额负蝗、日本蚤蝼和中华寰螽3个物种的COⅠ基因的起始密码子均为CCG,日本蚤蝼ND2基因的起始密码子为GTG,其余蛋白质编码基因的起始密码子均为ATN。3、短额负蝗、日本蚤蝼和中华寰螽3个物种中均存在不完整终止密码子的现象,短额负蝗和日本蚤蝼的ND5基因的终止密码子均为TA,中华寰螽的ATP8和ND5分别以不完整的TA和T为终止密码子。4、对短额负蝗、日本蚤蝼和中华寰螽3个物种的22个tRNA基因进行了预测,3个物种的tRNASer（AGN）均缺失DHU臂,其余的tRNA基因均能形成典型的三叶草型二级结构。5、对短额负蝗、日本蚤蝼和中华寰螽3个物种的16S rRNA和12S rRNA全序列的二级结构进行了预测,短额负蝗的16S rRNA二级结构包含49个茎环结构,12SrRNA二级结构包含33个茎环结构;日本蚤蝼的16S rRNA二级结构包含49个茎环结构,12S rRNA二级结构包含31个茎环结构;中华寰螽的16S rRNA二级结构包含48个茎环结构,12S rRNA二级结构包含31个茎环结构。结合已发表的蜜蜂和疑钩额螽16S rRNA和12S rRNA全序列的二级结构,本研究对这5个物种的16S rRNA和12S rRNA二级结构做了初步比较,5个物种的16S rRNA和12S rRNA二级结构的核心部分都比较保守,主要差异出现在两端。6、利用线粒体基因组的ND2、ND3、ND6和tRNA基因对30种直翅目昆虫采用NJ、MP、ML和BI四种方法进行系统发育分析,绝大多数结果都支持直翅目中的蝗亚目和螽亚目分别为一个单系群。所有的结果都支持螽亚目中的螽蜥总科和蟋蟀总科均为一个单系群。在蝗总科的7个科中,锥头蝗科和瘤锥蝗科关系较近,且为蝗总科中较为原始的类群。斑腿蝗科、斑翅蝗科、剑角蝗科和网翅蝗科的几个物种互相交替相聚,本研究不支持其各为单系群。