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Cychrini族大步甲无后翅且鞘翅基部缝合,不能飞翔,这很大程度限制了它们的移动和遗传交流范围,从而容易产生地理隔离和物种分化。因此其分布形式与地理环境密切相关,是研究生物进化和物种分化的好材料。步甲大多数为捕食性种类,是重要的昆虫天敌和生物防治的潜在资源,也有部分是重要的农林害虫。因此,Cychrini族系统学研究不仅具有理论意义,而且在资源利用和害虫防治上具有现实意义。
而国内外关于Cychrini族的系统学研究却比较少,且对其分类系统的确立还没有统一的意见。本研究从分子进化和分子系统学角度入手,首次以28S rDNA为目的基因,对分布于全世界范围的包括所有已知属的代表性Cychrini族大步甲35个种52个个体以及两个外群的28S rDNA进行特异性扩增和测序。主要使用Mafft、ClustalX1.83、MEGA 3.1和PAUP*4.0 b 10(Win)等系统发育分析软件对所得DNA序列的碱基组成、碱基替换、遗传距离等进行了遗传分析;通过碱基替换饱和性分析、gl以及PTP检验等方法进行了信号检验;采用最大简约法、邻接法和最大似然法在PAUP<*>4.0 b 10(Win)软件上对28S rDNA数据集进行了Cychrini族大步甲的系统发育关系分析,得出如下结论:
1.52个Cychrini族大步甲的28S rDNA序列中,T、 C、 A、 G的平均含量分别为20.8﹪、31.9﹪、22.5﹪、24.8﹪,A+T的含量为43.3﹪,G+C的含量为56.7﹪,G+C的含量明显高于A+T的含量,表现出明显的G+C碱基组成偏向性。
2.52个Cychrini族大步甲的28S rDNA序列中,共检测到核苷酸变异位点155个,占总序列的14.8﹪。最大序列变异为9﹪,最小序列变异为0﹪。
3.52个Cychrini族大步甲的28S rDNA序列中,核苷酸的转换比率为0.6,颠换比率为0.4,转换明显高于颠换(转换/颠换=1.5),转换的发生主要发生在A<->G之间,颠换的发生主要发生在A<->T之间。碱基替换饱和性分析后发现序列的保守性很强。
4.碱基替换饱和性分析、g1和PTP检验,均显示28S rDNA数据集有较强的系统发育信号。采用最大简约法、邻接法和最大似然法用28S rDNA数据集构建Cychrini族大步甲的系统发生关系,结果表明系统树各支系及其亚系与地理分布密切相关,而且与分类学上的属和亚属基本相一致。根据各属间的系统关系,讨论了Cychrini族大步甲的起源和演化过程,并指出了北美大陆起源的可能性。
5.各树均显示Cychrus属中的Cychrus brezinai与Cychropsis属关系更近而不是与Cychrus属中的其它种聚在一起,且有较高的Bootstrap支持率。因此本研究支持将brezinai归于Cychropsis属继而支持Cychrus属的单系性。
6.运用28S rDNA序列对Cychrini族大步甲进行系统发育分析时发现该基因在解决Cychrini族大步甲族内属间的系统发育关系时是一个有效的分子标记,但在解决属内种间的关系时存在分辨率低的缺点。