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拟步甲(Tenebrionidae)是鞘翅目的一个较大的类群,全球已知12个亚科100多族1500多属约25000种,我国已知9亚科45族280余属近1300种。此类群是地球上分布范围较广、种类极为丰富、形态十分复杂和生活类型极为多样的甲虫,被认为是鞘翅目昆虫中研究难度较大的一科。
目前,国内外学者对拟步甲科昆虫的分类和系统发育关系已做了大量研究,但大部分工作都集中于形态学方面。有不少学者从不同角度研究了该科在鞘翅目中的分类地位,揭示了其与近缘科间的关系,并提出亚科和族的分类系统关系。
本研究在依据外部形态分类鉴定及前人工作的基础上,以拟步甲的部分种类为研究对象从分子生物学角度入手来探讨其不同族,不同属以及不同种间的DNA分子序列的差异,利用PCR技术通过对拟步甲科部分种线粒体基因组DNA的细胞色素氧化酶C亚基I和核糖体18SrDNA基因序列的研究,在分子水平上探讨这些类群的分类地位和亲缘关系,希望能为进一步完善拟步甲科的分类系统,揭示其系统发育及演化提供分子水平的依据。得到的结论如下:
一、使用线粒体COI基因和18SrDNA基因片段序列分别对拟步甲科的部分种进行了系统发育分析,并对靶序列进行排序、比较、分析,计算核苷酸组成、变异位点和DNA序列差异,并构建了分子系统进化树(NJ,ME),确定各类群间的系统关系,验证了宏观形态分类学。结果表明分子研究和传统的分类研究结果基本一致。
二、线粒体COI基因序列的分析结果表明其转换替代(T←→C,A←→G)中,T←→C间的替换是A←→G间替换的2.6倍,颠换替代(T←→A,T←→G,C←→A,C←→G)中,T←→A间的替换是其余3种方式的2.3~23倍,说明拟步甲COI基因的碱基替代方式存在转换T←→C和颠换T←→A的偏异。
三、拟步甲线粒体COI和核18SrDNA两种基因序列的碱基构成特点分别是:线粒体COI基因序列中表现出A、T偏向性,A+T平均比例为65.9%,且第三位点A和T偏向性更加明显达到79.1%,而G+C含量为20.9%,A+T含量明显高于G+C含量。也反映出COI基因在密码子使用上表现出明显的偏向性。A、T、C、G平均含量分别为32.7%,33.0%,19.2%,15.1%,其中T的含量最高;18SrDNA基因序列中C+G的平均含量为53.0%,略高于A+T的平均含量47.0%。18SrDNA基因序列的G和C的含量明显高于其在线粒体COI中的含量,而A和T的含量则明显较低。A、T、C、G平均含量分别为23.0%,24.0%,24.0%,29.0%,碱基含量相差不大。
四、分析了基于CO1和18SrDNA基因序列并构建了分子系统树,与一些学者的研究结果对照,从序列变异上来看,18SrDNA基因序列中变异位点和简约信息位点数及所占总位点比例要比线粒体COI基因序列低。因此,在拟步甲中,18SrDNA基因的进化速率要远远慢于线粒体COI基因的进化速率,更适合于较高阶元系统发生关系的研究。
五、拟步甲线粒体COI和核18SrDNA两种基因序列构建的分子系统树的分别为:线粒体COI基因序列构建的分子系统树中,其下分为2个支系,1支为Blaptini+Opatrini+Platyscelidini所共有,由Blaptini族的Blaps属、Platyscelidini族Platyscelis属和Opatrini族的Myladina属、Eumylada属、Monatrum属分别聚在不同的线系上;另1个支系Tentyriini+Pimelini(Platyopini+Pimelini)+Akidini。其中,多毛宽漠甲Sternoplax setosa setosa和突角漠甲Trigonocnera pseudopimelia聚在一起,表现出比较近的亲缘关系。
核18SrDNA基因序列构建的分子系统树中,拟步甲亚科Tenebrioninae支系中树甲族+轴甲族+拟粉甲族、刺甲族+琵甲族、垫甲族+土甲族分别是亲缘关系十分相近的类群,支持传统分类的结果。在漠甲亚科Pimeliinae支系中,漠甲+脂甲和鳖甲+砚甲分别聚在一起。