基于cytb基因、28s_rdna序列分析对蕨叶蜂亚科系统发育的研究 毕业论文

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1、1引言昆虫纲是动物界种类最丰富的一个类群，研究昆虫的系统学和系统发育对了解生物进化以及进化机制都有重要意义。叶蜂总科(Tenthredinoidea)隶属于昆虫纲膜翅目(Hymenoptera)广腰亚目(Symphyta)，种类极多，分布广泛。叶蜂科是叶蜂总科最大的科，大概有7000余种，已知5000种以上，中国种类超过300属2000种,这个类群对农、林害虫种群控制和保持生态平衡起到一种关键性的自然调控作用。长期以来，传统的叶蜂分类学和系统发育研究主要依赖于形态解剖特征、生物学性状以及生物地理学信息等，因为外部形态等比较直观，容易得到。这些分类依据在大多数情况下能清晰地反映一个物种的分类

2、地位或系统发育关系[1-3]。传统的昆虫系统学和系统发育研究主要依赖形态解剖特征、生物学性状以及生物地理学信息等，这些依据在大多数情况下能清晰的反映一个物种的分类地位或系统发育关系。但随着学科的发展也遇到了一些传统方法难以解决的困难，例如，一些近缘种很难确定其分类地位，对于种群、生态型的研究更是如此。生物大分子如DNA和蛋白质是生命活动所必需，其中核酸携带了生物的所有遗传基因。Berlocher(1984)以昆虫分子系统学[4]（insectmolecularsystematics）为题首次专门介绍了分子技术在昆虫系统学研究中的应用及其数据分析方法。20年来，昆虫分子系统学快速发展，目前应

3、用核酸序列分析技术测定昆虫特定的核苷酸序列，以比较不同昆虫之间的演化关系，建立符合自然发育的分子系统谱系，是昆虫分子系统发育方面的主要研究方向之一。COI基因是mtDNA13个蛋白质编码基因之一。该基因的产物是细胞色素氧化酶亚基I，后者是细胞色素氧化酶的重要组成部分。细胞色素氧化酶在呼吸链电子传递和质子的跨膜反应中发挥着巨大作用，在真核生物中它由多个亚基组成，其中亚基I，II和III由线粒体DNA编码，其余为核基因编码。这些亚基多为跨膜蛋白，跨过线粒体的内膜，亚基I和11组成酶的催化核心。Col是细胞色素C氧化酶中最大和最保守的亚基，叶蜂中COl全长860bp。研究叶蜂亚科生物学一方面在生

4、产上有助于害虫治理，另一方面，通过研究其系统演化及在各个地质时期的分布变迁，研究其和寄主植物的协同演化关系，将有助于人类对自然界的演化规律、物种多样性及地球表面环境变迁(大陆漂移、陆地表面的升降等)的认识，有助于人类更好地保护和利用我们赖于生存的环境。181.1研究背景及研究内容在昆虫分子系统学研究中主要应用细胞核DNA、mtDNA和rDNA。其中细胞核DNA或mtDNA的序列分析是一项最急需的技术，它提供了大量的详细资料。而mtDNA在进化研究中非常有用，一直应用于种群结构和基因流、杂交、生物地理学和系统发育的研究[5]。mtDNA小、相对快的进化速率和母本的遗传特性使得它很适合于种群历

5、史和亲缘关系相近的分类单元间进化的研究[6—8]。mtDNA主要用于RFLP和克隆后或PCR扩增后的测序[9—10]。1.1.1核基因序列生物的性状基本由核基因决定。核基因中含有更加丰富的生物学信息，用适当的核基因研究昆虫的系统发育，其结果更有可能比较真实地反映出昆虫的进化历史。核基因有以下优点：1)核基因一般比线粒体基因进化得慢，这使它们成为一种解决分歧久远的类群关系比较好的标记；2)核基因构建的树普遍有比较高的CI值，与线粒体基因相比更有助于整棵树的解决；3)核基因的碱基位点速率变异有更高的同质性；4)核基因的碱基替代速率距阵比线粒体基因的要均匀。细胞色素b是一个横贯膜两侧的极端疏水性

6、的蛋白。对细胞色素b氨基酸组成和结构基因的脱氧核糖核酸(DNA)顺序研究指出,约68％的氨基酸为非极性的。对细胞色素b在电子传递链中的复杂功能至今还不清楚。1.1.2线粒体基因(mtDNA)序列mtDNA广泛存在于昆虫体内富含线粒体的飞行肌中和卵内,昆虫的mtDNA大小一般为1514～1613kb，以高拷贝数目存在于线粒体内。相对于核DNA来说，mtDNA是一个封闭的环状双链，核酸序列和组成比较保守，以它作为模板制作的PCR反应引物的通用性比较强。对进化过程中不同生物体的DNA序列的核苷酸替换率的比较研究发现，mtDNA基因组的替换率比核DNA高5～10倍。mtDNA基因组中不含间隔区和内

7、含子，无重复序列和不等交换，在遗传过程中不发生基因重组、倒位、易位等突变，并且遵守严格的母系遗传方式，可以简单地认为mtDNA是克隆型。正是由于以上结构和进化上的特点，mtDNA已成为研究生物(主要是动物)进化的重要材料。国内已有很多学者利用mtDNA上的不同基因组对昆虫纲内不同分类阶(单)18元之间的系统发育关系进行了研究。印红[11]将我国直翅目蝗总科8科8个种和从互联网GenBank中检索到相关物种的线粒体基因组1