基于16S rRNA和12S rRNA的叶蜂科昆虫分子系统学研究

论文摘要

叶蜂科隶属于膜翅目叶蜂总科,是叶蜂总科中最大的一个科。目前国内外对叶蜂科昆虫的分子系统学的研究远远落后于其它生物类群。本文从分子生物学的角度入手,采用线粒体16S rRNA和12S rRNA基因为分子标记,共获得叶蜂科7亚科19属29种和三节叶蜂科1亚科1属1种以及在GeneBank中下载的16个种共计46个样品的部分序列,测序结果表明,两个基因序列的长度分别为372bp和374bp。采用2种常见的建树方法：Bayesain法和NJ法重建系统发育树,对叶蜂科部分种类的系统关系进行了初步研究,得出以下结论：1、16S rRNA基因序列的T、C、A、G平均含量分别为42.5%、6.9%、37.1%和13.5%,A+T含量为79.6%,G+C含量为20.4%；12S rRNA基因序列的T、C、A、G平均含量分别为40.2%、8.7%、38.1%和13.O%,A+T含量为78.3%,G+C含量为21.7%,两者都表现出A+T含量明显高于G+C含量的特点,远远高于昆虫A+T的平均值（64%）,反映出二个基因在碱基组成上具有偏向性,这与昆虫线粒体DNA高AT含量的特征是一致的。2、在所获得的16S rRNA和12S rRNA基因序列中（包括外群）,核苷酸的替换总体上表现出颠换要高于转换,16S rRNA转换取代的速率为4.27%,颠换取代的速率为12.52%,转换速率与颠换速率之比R=0.3；12S rRNA转换取代的速率为9.33%,颠换取代的速率为19.25%,转换速率与颠换速率之比R=0.5。3、所研究的叶蜂科部分种类的系统发育关系：本研究的叶蜂科7亚科19属29种构成一个单系群,叶蜂属、齿唇叶蜂属和金叶蜂属亲缘关系较近,三者构成一个单系群的观点也得到了支持；钩瓣叶蜂的单系性、以及合叶蜂属与钝颊叶蜂属的单系一致都得到了支持；麦叶蜂属与宽颜叶蜂属亲缘关系较近也符合最新的研究结论成果；突瓣叶蜂亚科构成一个单系群；叶蜂科同族、同属内的种都聚在一起,同亚科的属大多也能优先聚在一起,证明形态学的分类是有依据的,也是可信的；此外,本文研究对象也包括了与叶蜂科相近的类群,如三节叶蜂科、茸蜂科、广背蜂科、大棒蜂科、扁蜂科、茎蜂科、棒蜂科,这些类群科级水平的系统关系与Schulmeister 2003的文章研究结果基本一致,不同的是在Schulmeister的文章中残青叶蜂科的Athalia系统树上的位置是远离叶蜂科的单独一分支。而本文的研究结果Athalia没有远离叶蜂科,而是叶蜂科内独立的一分支,它与叶蜂科内其它亚科是并系关系。4、本研究运用16S rRNA和12S rRNA的基因序列对叶蜂科部分种类进行系统关系研究,发现16S rRNA基因在用于属间水平研究较合适,12S rRNA用于亚科、属间水平较好,而两者对属下种间阶元的研究时较为勉强。由于本研究只选用了16SrRNA和12S rRNA二个分子标记,只测得基因的部分片段,测得的片段中所含有的信息量有限；同时,叶蜂科是叶蜂总科中最大的一个类群,在1999年的分类系统中将叶蜂科分为18个亚科,而本文只涉及7个亚科,涉及较少,需要在以后的分子系统研究中,增加更多的材料与分子标记来进行分析,从而更确切地分析种内高级分类阶元关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 昆虫分子系统学的研究方法
• 1.1.1 蛋白质与酶水平的应用
• 1.1.2 核酸水平的应用
• 1.2 昆虫分子分析的研究内容
• 1.2.1 核糖体DNA
• 1.2.2 线粒体DNA
• 1.2.3 其它
• 1.3 昆虫分子系统学的方法论
• 1.4 叶蜂科昆虫分子系统发育的研究现状
• 1.5 分子系统学在进化研究中存在的争议
• 2 材料和方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 标本
• 2.1.2 外群选择
• 2.1.3 实验用品
• 2.2 方法
• 2.2.1 DNA的提取
• 2.2.2 PCR扩增
• 2.2.3 PCR产物纯化和测序
• 2.2.4 数据处理及分析
• 3 实验结果与分析
• 3.1 基因组总DNA的提取结果、PCR扩增及序列的测定结果
• 3.1.1 基因组总DNA提取结果
• 3.1.2 PCR扩增结果
• 3.1.3 PCR产物纯化与测序结果
• 3.2 实验数据处理与分析
• 3.2.1 序列长度和碱基组成
• 3.2.2 序列组成及碱基替换统计
• 3.2.3 属种间相对遗传距离
• 3.3 分子系统树的构建
• 3.3.1 16S rRAN叶蜂科部分种类系统发育重建
• 3.3.2 12S rRAN叶蜂科部分种类系统发育重建
• 3.3.3 结合已有数据做系统发育重建
• 3.3.3.1 16S rRNA构建系统发育联合树
• 3.3.3.2 12S rRNA构建系统发育联合树
• 3.4 分析讨论
• 3.4.1 二种系统发育推断方法的比较
• 3.4.2 不相合性现象
• 3.4.3 16S rRNA和12S rRNA分子系统树比较
• 3.4.4 分子系统树与形态系统树的比较
• 4 总结
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 致谢