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天牛科Cerambycidae很多种类是各类木本植物、农作物以及木材的重大害虫,但关于天牛科高级阶元的分类一直存在争论。近年来随着测序技术的发展,线粒体基因组序列分析逐渐成为系统发育研究的重要手段。目前GenBank上收录的天牛线粒体基因组仅有17种,完整的只有9种,相对于该科昆虫较为庞大的种类数量,现有的线粒体基因组数据还严重匮乏。本研究测定了天牛科共4个亚科15种昆虫的线粒体基因组,并进行基因注释和比较基因组学分析。通过构建基于线粒体基因组的天牛科系统发育树,初步探讨了天牛科各亚科、各族之间的系统进化关系。主要研究结果如下:(1)测序获得了 3种天牛的线粒体全基因组序列(麻竖毛天牛Thyestilla gebleri、北亚伪花天牛Anastrangalia sequensi、中华裸角天牛Aegosoma sinicum)和12种天牛的线粒体近全基因组序列,其中,北亚伪花天牛和中华裸角天牛分别是花天牛亚科Lepturinae和锯天牛亚科Prioninae中第一个被测定线粒体全基因组的昆虫;在测序过程中筛选出11对较合适的通用引物。(2)将本研究测定的天牛科昆虫线粒体基因组与GenBank中公布的17种天牛线粒体基因组的碱基组成、基因重排、基因间碱基数(重叠或间隔)分析、密码子使用情况等进行比较基因组学分析。结果表明,天牛科昆虫线粒体基因排列紧凑,32种天牛只有长翅暗天牛Vesperus conicicollis发生了一个tRNA(rrnP)的移位重排,其他基因的排列方式均与祖先昆虫相同。天牛线粒体全基因组长度在15418bp(云斑白条天牛Batocera lineoata)到16296bp(北亚伪花天牛)之间,总AT含量在68.12%(侧沟天牛Obrium sp.)到79.02%(云斑白条天牛)之间。蛋白编码区AT含量在65.86%(侧沟天牛)到78.21%(曲纹花天牛Leputura arcuata)之间,并且花天牛亚科Lepturinae和沟胫天牛亚科Lamiinae的蛋白编码区AT含量均比天牛亚科和锯天牛亚科高。使用最多的三种密码子均为UUU(Phe)、UUA(Leu)和AUU(Ile),沟胫天牛亚科和花天牛亚科使用最多的为UUA(Leu)并显著高于其他两种密码子,且密码子第三位碱基具有明显的AT使用偏向性。蛋白编码基因起始密码子多数为ATN型,少数使用非典型密码子。除侧沟天牛外,其余天牛Nad1基因以TTG为起始密码子。终止密码子均为常见的TAR或不完全的T和TA。基因间碱基数统计表明,ATP6-ATP8区域均表现为重叠7个碱基,除曲纹花天牛外,最大间隔区都在Nad1-trnS2之间,间隔了 15-23个碱基。(3)分别构建了基于蛋白编码序列、氨基酸序列和全基因组序列的ML树和BI树。基于不同数据和不同方法构建的系统发育树有一定的偏差。基于氨基酸序列的ML树和BI树差异较小且与形态学分类拟合度最高。基于氨基酸序列的系统树支持沟胫天牛亚科、锯天牛亚科、花天牛亚科、膜花天牛亚科Necydalidinae和瘦天牛亚科Disteniinae的单系性。瘦天牛与狭义的天牛科互为姊妹群,膜花天牛亚科与花天牛亚科互为姊妹群,天牛亚科Cerambycinae的侧沟天牛族Obriini优先和暗天牛亚科Vesperinae聚为一支,锯天牛亚科与天牛亚科(侧沟天牛族除外)互为姊妹群。