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缘蝽科昆虫线粒体COI基因的分子系统学研究(半翅目:异翅亚目)

李培  
【摘要】: 缘蝽科隶属于半翅目Hemiptera,异翅亚目Heteroptera,缘蝽次目Infraorder Pentatomomorpha,缘蝽总科Coreoidea。属世界性分布,已知250属约1800种。我国已知约63属近200种,全部为植食性。其吸取寄主的营养器官和繁殖器官的汁液,为害作物。国内外已从分类学、分子系统学、生物地理学、生物防治等各个方面对缘蝽科进行了广泛的研究。在系统学方面,缘蝽科内族间、属种间的系统发育关系一直存在着较大的争论,目前已从外部形态特征、分子生物学特征、酯酶同工酶等方面进行过探讨。 线粒体编码细胞色素C氧化酶亚基I基因(COI)已成为当前动物分子系统学中应用最广泛的分子标记之一,特别是在昆虫中。本研究采用PCR产物直接测序法测定(13种)及从NCBI上下载(3种)共计缘蝽科11属16种昆虫的线粒体COI 726 bp的序列,借助系统发育分析软件,采用邻接法(NJ)、最小进化法(ME)、最大简约法(MP)、最大似然法(ML)及贝叶斯推论法(BI)五种方法探讨了缘蝽科部分种类的系统发育关系。通过分析讨论,得出如下结论: 1.缘蝽科16种昆虫COI基因T、C、A、G的平均含量分别为37.0%、14.9%、33.4%和14.8%。A+T平均含量达到70.4%,G+C平均含量达到29.6%,A+T的含量明显高于G+C的含量,表现出非常强的A+T含量偏向性,同多数昆虫的核苷酸频率相一致。缘蝽科16种昆虫COI基因726 bp序列共编码242个氨基酸,由20种氨基酸组成,其中丝氨酸(Ser)、异亮氨酸(Ile)含量最高,反映出COI基因在氨基酸组成上具有一定偏向性。 2.缘蝽科16种昆虫COI转换频率和颠换相同;转换主要发生在T与C之间,颠换主要发生在A与T之间。密码子第二位点的转换与颠换数目都比较小,占转换与颠换总数的5.4%和1.9%;密码子第三位的转换和颠换的频率都较高,转换频率占总数的71.4%,颠换占总数的80.4%。 3.从GenBank上下载红蝽总科的Physopelta quadriguttata和猎蝽总科的Triatoma maculate作为外群,建立缘蝽科11属16种间的系统发育关系。结果显示狭义巨缘蝽族两属为一个单系群,竹缘蝽族的两个属为一单系群,缘蝽属与棘缘蝽属亲缘关系非常近。 4.五种建树方法显示出了几个问题:同缘蝽族是否为一单系群,普缘蝽属为何与同缘蝽族聚在一起;瘤缘蝽属与怪缘蝽属是否应为一单系群并同归于菲缘蝽族;怪缘蝽属与黑缘蝽属(沟缘蝽亚科)关系似乎更为接近。 5.运用COI基因的核苷酸序列对缘蝽科昆虫进行分子系统研究时,各属种间的分类关系都比较明确,得到的树的拓扑结构大都一致。因此,COI基因在分析种间和属间的系统发育关系时,是一个较为有效的分子标记。


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