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蝽次目是蝽类昆虫(昆虫纲:半翅目:异翅亚目)中物种多样性最为丰富的次目之一。本论文以蝽次目的代表性类群作为研究对象,进行了Hox基因分子标记的开发、基于Hox基因的蝽次目分子系统学以及蝽次目长蝽科乳草长蝽Oncopeltus fasciatus(Dallas,1852)中Hox基因结构分析等三方面的研究。
第一部分,蝽次目Hox基因分子标记的开发。Hox基因家族在两侧对称动物分化早期即保守存在,并在动物形态发育中起到关键作用,其在节肢动物中共有8个“标准的”家族成员,即labial(lab)、proboscipedia(pb)、Deformed(Dfd)、Sex combs reduced(Scr)、Antennapedia(Antp)、Ultrabithorax(Ubx)、abdominal-A(abd-A)和Abdominal-B(Abd-B)。现有的基于Hox基因的分子系统学研究,使用了各个基因中靠近同源异形框区域的保守片段,存在着数据量小且序列进化速率慢的特点。本研究综合使用以基因组DNA为模板的PCR技术、染色体步移(如TAIL-PCR)、eDNA末端快速扩增技术(RACE)等技术,克服异翅亚目中Hox基因信息缺乏的困难,设计得到pb3’、Dfd5’、Dfd3’、Scr5’、Ubx5’与abd-A5’等一系列Box基因分子标记的通用引物。本文开发的Hox基因分子标记因具较长的序列和较快的进化速率,可应用于科级阶元的系统发育研究。
第二部分,基于Hox基因的蝽次目分子系统学研究。迄今为止的蝽次目系统发育研究结果,关于长蝽总科、缘蝽总科和红蝽总科三者间关系仍存较大争议。本研究以总长约4kb的6个Hox基因片段为分子标记,选取26个蝽次目类群和4个臭虫次目类群为代表,采用Bayesian和maximum likelihood等方法对联台核苷酸数据和联合氨基酸数据分别进行系统发育分析。其综合结果支持毛点类昆虫以及扁蝽总科、蝽总科、长蝽总科、红蝽总科和缘蝽总科的单系性,蝽次目内部呈(扁蝽总科+(蝽总科+(长蝽总科+(红蝽总科+缘蝽总科))))的关系,此结论与以往基于形态数据所得结论相同,而不同于以往基于18SDNA或线粒体基因组序列所得结论。
第三部分,因非完全变态类昆虫发育关键基因的研究相对匮乏,尤其缺少Hox基因家族的基因结构和序列信息。为了研究Hox基因家族各成员在非完全变态类昆虫中的结构特点,本研究选取乳草长蝽Oncopeltus fasciatus为代表,应用RACE和反转录PCR(RT-PCR)技术,扩增Hox基因家族成员的编码区域。获得了lab,pb、Scr和Ubx等基因的全长开放阅读框,扩展了Dfd、Antp、abd-A和Abd-B中己知序列。分析发现pb、Antp、abd-A和Ubx基因存在多转录本现象。针对Ubx基因,通过Southern blot实验证实其单拷贝形式且具有内含子,分析其选择性剪接的发生,结论表明乳草长蝽与黑腹果蝇Drosophilamelanogaster(Meigen,1830)的Ubx基因拥有相似的剪接位置、剪接体组合和边界序列,提示它们很可能具有相同的剪接机理。这是Ubx基因的多转录本现象在昆虫纲中果蝇属以外类群中的首次详尽研究。