茶园5种头喙亚目昆虫线粒体基因组序列分析及系统发育研究.doc

茶园5种头喙亚目昆虫线粒体基因组序列分析及系统发育研究头喙亚目(Auchenorrhyncha)隶属于节肢动物门(Arthropoda)、昆虫纲(Insecta)、有翅亚纲(Pterygota)、外翅总目(Exopterygota)、半翅目(Hemiptera),多为农林害虫。截至2017年3月,在NCBI(NationalCenterforBiotechnologyInformation)数据库中所收录的完整的头喙亚目昆虫线粒体基因组序列仅有37种,对于庞大的头喙亚目昆虫种群来说,是远远不够的。本研究首次测定分析了茶园齿茎叶蝉Tambocerussp.、凹大叶蝉Bothrogoniaferruginea线粒体全基因组以及白边大叶蝉Kollapaulula、大青叶蝉Cicadellaviridis、海滨尖胸沫蝉Aphrophoramaritima线粒体基因组90%左右的序列(trnQ-trnV)。测序结果通过序列拼接,基因注释后进行分析,得到线粒体基因组的特征。主要研究结果如下:(1)齿茎叶蝉Tambocerussp.和凹大叶蝉B.ferruginea线粒体全基因组序列长度分别为15,955bp和15,262bp,白边大叶蝉K.paulula、大青叶蝉C.viridis、海滨尖胸沫蝉A.maritima分别为13,579bp,13,461bp和13,725bp,对碱基的使用都有明显的AT偏向性;AT偏斜(AT-skew)和GC偏斜(GC-skew)在4种叶蝉昆虫中是相反的(AT-skew>0,GC-skew<0),而在沫蝉中则都大于0。其15个基因位于N链,其他基因位于J链。基因重叠和基因间隔普遍发生,ATP8/ATP6所在的基因重叠片段均为7bp(ATGATAA);除了白边大叶蝉K.paulula紧密连接外,ND4/ND4L所在的基因重叠片段也均为7bp(TTAACAT)。(2)蛋白编码基因使用的起始密码子除了使用标准的ATN外,还出现了不常使用的GTT;使用TAA或TAG作为终止密码子和使用TA或T作为不完整的终止密码子。NNU和NNA使用的频率最高。5个线粒体基因组中的tRNA都存在DHU臂缺失的情况,且都为trnS1,G=U弱配和A=A、U=U、C=A、U=C等碱基错配现象普遍存在。所有测得的基因方向和排列顺序完全一致。与燕凤蝶Lampropteracurius的线粒体基因组排列相比,只有trnM发生了位移。富含GC碱基的密码子出现非常少。齿茎叶蝉Tambocerussp.和凹大叶蝉B.ferruginea的A+T富含区均中存在重复序列和典型的微卫星结构(TA)_n。(3)联合NCBI数据库中的38种半翅目和两种外群昆虫线粒体基因序列,利用最大似然法(BI)和贝叶斯法(ML)重建了头喙亚目和半翅目系统发育进化树。在构建得到的头喙亚目系统发育树中,使用13PCGs氨基酸序列的BI(Bayesian)和ML(MaximumLikelihood)树结果较为可靠,(角蝉总科+沫蝉总科)+蜡蝉总科互为并系。在构建得到的半翅目系统发育树中,木虱总科所在的分支明显存在错误,原因可能是木虱总科昆虫取样过少。BI树的结果基本相同,即头喙亚目(为单系群,胸喙亚目和鞘喙亚目互为单系群,异翅亚目则为独立的分支;ML树的结果差异较大。部分结果和传统观点存在异议,原因可能是所选择的物种线粒体基因数量较少和不均衡,胸喙亚目进化速率较快,导致“长枝吸引”现象的发生,可能对BI树和ML树的结果形成影响。分析认为,齿茎叶蝉Tambocerussp.属于叶蝉科沟顶叶蝉属,凹大叶蝉B.ferruginea属于叶蝉科凹大叶蝉属,白边大叶蝉K.paulula属于叶蝉科边大叶蝉属,大青叶蝉C.viridis属于叶蝉科大叶蝉属,海滨尖胸沫蝉A.maritima属于沫蝉科尖胸沫蝉属,测定和分析头喙亚目昆虫线粒体基因组序列,对研究头喙亚目昆虫系统发育关系具有重要价值。该论文测定了茶园5种头喙亚目昆虫线粒体基因组序列,可为研究头喙亚目及半翅目昆虫系统发育关系提供基础数据。