中國(guó)斑腿蝗科部分種類分子系統(tǒng)學(xué)研究

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1、陜西師范大學(xué)博士學(xué)位論文中國(guó)斑腿蝗科部分種類分子系統(tǒng)學(xué)研究姓名：蘆榮勝申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：動(dòng)物學(xué)指導(dǎo)教師：黃原20050501中國(guó)斑腿蝗科部分種類分子系統(tǒng)學(xué)研究(直翅目：蝗總科)蘆榮勝摘要：斑腿蝗科(Catantopidae)隸屬于直翅目蝗亞目蝗總科(Orthoptera：Caelifera：Acridoidea)，是蝗總科中最大的科。我國(guó)已知16亞科93屬，分布于東洋區(qū)的居多，古北區(qū)種類較少。其中中華稻蝗、日本黃脊蝗、棉蝗、短星翅蝗等種類為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的重要害蟲，對(duì)它們的系統(tǒng)分類學(xué)研究不僅具有理論意義，同

2、時(shí)在蝗蟲防治的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中也具有較為重要的應(yīng)用價(jià)值。近些年來(lái)從形態(tài)學(xué)，細(xì)胞學(xué)等方面對(duì)斑腿蝗科系統(tǒng)學(xué)研究具有一些報(bào)道，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)斑腿蝗科昆蟲較為全面的分子系統(tǒng)學(xué)研究還非常少。本研究以線粒體基因16SrDNA、Cytb及核基因28SrDNA為分子標(biāo)記，對(duì)斑腿蝗科部分種類的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進(jìn)行了重建，為斑腿蝗科的系統(tǒng)學(xué)研究提供分子證據(jù)。本研究采用PCR產(chǎn)物直接測(cè)序法測(cè)定了9亞科30種斑腿蝗及1種癩蝗(外群)的線粒體Cytb(708bp)(只有其中的27種)、16SrDNA(522bp左右)以及核基因28SrDNA

3、(512bp左右)的部分片段，對(duì)三個(gè)基因序列片段的組成成分、替換飽和性、分類單元間堿基組成的偏向性以及系統(tǒng)發(fā)育信號(hào)進(jìn)行了檢驗(yàn)。對(duì)三個(gè)基因片段之間的相合性進(jìn)行了分析。采用MP、NJ、ML和B1分別對(duì)Cytb、16SrDNA、28SrDNA及三基因片段組成的聯(lián)合數(shù)據(jù)集進(jìn)行建樹并比較得出以下結(jié)論：1．30種斑腿蝗科昆蟲線粒體基因Cytb及16SrDNA具有昆蟲線粒體所具有的高A+T含量，二基因片段分別為72．9％與68．7％；而核基因28SrDNA只有36％。替換飽和性分析結(jié)果表明16SrDNA的環(huán)區(qū)及Cytb的第

4、三位點(diǎn)存在部分飽和現(xiàn)象。Cytb第三位點(diǎn)在各分類單元間存在堿基組成偏向性。PTP及樹長(zhǎng)分布檢測(cè)表明，三數(shù)據(jù)組及子集、聯(lián)合數(shù)據(jù)集都具有較強(qiáng)的系統(tǒng)發(fā)育信號(hào)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)各數(shù)據(jù)集子集的gl值具有疊加性，聯(lián)合數(shù)據(jù)集的gl也表現(xiàn)為各數(shù)據(jù)集之間的疊加結(jié)果，但其gl值卻小于Cyt6的gl值，分析認(rèn)為這一現(xiàn)象是由于數(shù)據(jù)集之間的部分沖突所致。2．ILD檢驗(yàn)結(jié)果表明16SrDNA環(huán)區(qū)與Cytb第三位點(diǎn)間具有顯著的不相合性，相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)得出相反的結(jié)論，分析認(rèn)為二者之間存在潛在的相合性，不相合原因是二者所含有的進(jìn)化噪音引起的，故認(rèn)為可以

5、進(jìn)行聯(lián)合分析。3．采用四種方法對(duì)三數(shù)據(jù)集及聯(lián)合數(shù)集分別構(gòu)建MP、NJ、ML、BI樹．比較三數(shù)據(jù)集與聯(lián)合數(shù)據(jù)集所建樹，三數(shù)據(jù)集四種方法所建樹與聯(lián)合樹都存在一定的差異，但都支持大多數(shù)的分支關(guān)系。4．在等權(quán)MP建樹時(shí)采用PBS檢驗(yàn)各數(shù)據(jù)子集對(duì)聯(lián)合數(shù)據(jù)集所建樹的支持，三個(gè)數(shù)據(jù)集含有正支持成分分支的比率分別為16SrDNA為73．9％、28SrDNA為82．6％、Cytb86．996，這一結(jié)果比拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持率高得多，認(rèn)為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持率低是因?yàn)樘鎿Q飽和、堿基偏向、補(bǔ)償性替代等進(jìn)化噪音掩蓋進(jìn)化信號(hào)所致。5．對(duì)Cytb第三位

6、點(diǎn)、16SrDNA環(huán)區(qū)及莖區(qū)分別采用0．5與0降權(quán)構(gòu)建MP樹并與等權(quán)MP樹進(jìn)行比較，認(rèn)為這些數(shù)據(jù)子集所含進(jìn)化噪音沒(méi)有影響聯(lián)合數(shù)據(jù)集所建樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)集聯(lián)合后增加了系統(tǒng)發(fā)育信號(hào)，抗噪音干擾能力加強(qiáng)，聯(lián)合數(shù)據(jù)集所建樹有較強(qiáng)的穩(wěn)健性。因此認(rèn)為聯(lián)合數(shù)據(jù)集能代表三個(gè)數(shù)據(jù)集并反映真實(shí)的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系。6．聯(lián)合數(shù)據(jù)集采用四種方法建樹并進(jìn)行KH檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明四種樹不存在顯著差異，故構(gòu)建合一樹得斑腿蝗科9亞科部分種類系統(tǒng)發(fā)育樹：(1)9亞科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系為((黑蝗亞科，禿蝗亞科)．(((稻蝗亞科，卵翅蝗亞科，切翅蝗亞科)

7、，((星翅蝗亞科，黑背蝗亞科)，彎刺蝗亞科))，斑腿蝗亞科))。(2)黑背蝗亞科是并系群，禿蝗亞科是復(fù)系群且二亞科關(guān)系較近，建議將二者合為一個(gè)亞科。(3)蹦蝗屬不是單系群，需采用大量標(biāo)本做進(jìn)一步的研究。(4)稻蝗亞科與卵翅蝗亞科關(guān)系較近，不同數(shù)據(jù)集建樹時(shí)出現(xiàn)二亞科單系性不成立現(xiàn)象，需進(jìn)一步研究二者之間的單系性問(wèn)題。(5)切翅蝗亞科不是單系群，凸額蝗屬應(yīng)該從該亞科中分出來(lái)。(6)凸額蝗與斑腿蝗聚到一起，二者具有較近的關(guān)系，但是否將二者合為一個(gè)亞科還需增加分類單元做進(jìn)一步的研究。，本研究通過(guò)對(duì)斑腿蝗科9亞科進(jìn)行分

8、子進(jìn)化特征和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的研究，為其他科學(xué)工作者進(jìn)一步探討該科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系提供了分子方面的證據(jù)，有助于完善我國(guó)斑腿蝗科昆蟲的系統(tǒng)學(xué)研究，但是由于沒(méi)能包含我國(guó)斑腿蝗科所有的16個(gè)亞科代表的物種，所以我國(guó)斑腿科各亞科及屬種之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系有待作更進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：斑腿蝗科，16SrDNA，Cyt6'28SrDNA，分子系統(tǒng)學(xué)nMolecularPhylogeneticAnalysisofSomeS