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中国腹露蝗属物种定界及分子鉴定研究

中国腹露蝗属物种定界及分子鉴定研究

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作者：古京晓中南林业科技大学

学位级别：硕士

腹露蝗属Fruhstorferiola Willemse,1922隶属于直翅目Orthoptera,蝗总科Acridoidea,斑腿蝗科Catantopidae,黑蝗亚科Melanoplinae。为丰富腹露蝗属分子系统学数据,探讨腹露蝗属单系性和属内部分形态学物种的独立性,本研究采用高通量测序... 详细信息

腹露蝗属Fruhstorferiola Willemse,1922隶属于直翅目Orthoptera,蝗总科Acridoidea,斑腿蝗科Catantopidae,黑蝗亚科Melanoplinae。为丰富腹露蝗属分子系统学数据,探讨腹露蝗属单系性和属内部分形态学物种的独立性,本研究采用高通量测序结合克隆测序的方法,获得了 7种腹露蝗属蝗虫共72条线粒体全基因组数据并分析了腹露蝗属线粒体全基因组特征。结合从GenBank上下载的20种相关蝗总科昆虫全线粒体数据和实验室积累腹露蝗属COXI基因数据,采用多种方法进行了腹露蝗属的系统发育关系研究、物种定界研究和条形码分子鉴定成功率检测。主要结果如下:1.七种腹露蝗线粒体基因组表征七种腹露蝗线粒体全基因组全长在15679bp～15727bp之间,基因组成与亚库巴果蝇一致,基因排列顺序与亚库巴果蝇相比trnK与trnD基因发生易位;线粒体全基因组全长A+T碱基含量超过75%,表现出明显的AT偏向;13个蛋白质编码基因起始密码子均为ATN标准密码子,终止密码子除COI基因（终止密码子为不完整的T）外均为完整的TAA或TAG。21个tRNA二级结构为标准结构既三叶草结构,仅trnSAGN二级结构不具有DHU臂,不构成三叶草结构,G-U错配是主要的错配类型。7种腹露蝗线粒体基因组特征符合目前已报道直翅目蝗总科昆虫线粒体基因组特征。2.基于13PCGs、2rRNA基因的腹露蝗属昆虫系统发育研究本研究所得系统树在高级阶元上具有一致的拓扑结构且与形态分类系统一致;同时均支持腹露蝗属的单系性。在腹露蝗属内,多数系统树显示,越北腹露蝗F.tonkinensis Willemse,1922 位于根部位置,绿腿腹露蝗F.viridifemorata（Caudell,1921）种团内部分种与黄山腹露蝗F.huangshanensis Bi＆Xia,1980种团内部分种交织在一起,难以区分。3.基于13个PCGs、2个rRNA基因的腹露蝗属昆虫物种定界研究（1）矛尾腹露蝗 F.sibynecerca Zheng,2001 和黄胫腹露蝗F.cerinitibia Zheng,1998的系统发育关系。形态学上,黄胫腹露蝗与矛尾腹露蝗没有显著差异。系统树与单倍型网络图均显示两物种无法形成独立的单系分支。遗传距离分析显示,两物种之间的种内和种间遗传距离几乎完全重叠。结合形态和分子数据,可以认定矛尾腹露蝗与黄胫腹露蝗是同物异名。（2）华阴腹露蝗F.huayinensis Bi＆Xia,1980 和牯岭腹露蝗F.kuling a（Chang,1940）的系统发育关系。形态学上,华阴腹露蝗与牯岭腹露蝗的体长要明显小于腹露蝗属的其他种。在本研究的大部分分子数据分析结果中,华阴腹露蝗与牯岭腹露蝗能够形成独立的单系分支,但在部分系统发育树和单倍型网络中,二者不互为单系。本研究两物种取样范围存在不足,华阴腹露蝗与牯岭腹露蝗的系统发育分析需要更多的信息来进一步解析。（3）绿腿腹露蝗和黄山腹露蝗种团的系统发育关系。多数系统发育树结果显示,黄山腹露蝗种团内两个物种的单系分支落在了绿腿腹露蝗分支之中,但两者形态特征有明显的差异。遗传距离分析显示,绿腿腹露蝗与黄山腹露蝗种团之间有着很小的种间遗传距离,甚至种内与种间遗传距离之间存在不同程度的重叠;几乎在所有基因序列的单倍型网络图中,绿腿腹露蝗与黄山腹露蝗种团都无法形成互为单系的子分支。目前,线粒体基因组数据无法完全证实绿腿腹露蝗与黄山腹露蝗之间是否存在不完全谱系分选现象,后续需要结合核基因等更多的数据去验证猜想。（4）条形码分子鉴定成功率检测在条形码分子鉴定成功率检测结果中,模糊鉴定和错误鉴定序列主要出现在矛尾腹露蝗与黄胫腹露蝗、华阴腹露蝗与牯岭腹露蝗及绿腿腹露蝗与黄山腹露蝗种团之间,少量出现在峨眉腹露蝗。结合系统发育、遗传距离等多项数据,推测准确率不高的主要原因是不完全谱系分选与分类不完善。

关键词：腹露蝗属线粒体基因组系统发育关系物种定界 DNA条形码

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蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗的系统发育关系研究

蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗的系统发育关系研究

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作者：曾湘中南林业科技大学

学位级别：硕士

蹦蝗属Sinopodisma Chang隶属于直翅目Orthoptera蝗总科Acridoidea斑腿蝗科Catantopidae秃蝗亚科Podisminae,全世界已知42种,我国已知40种。蹦蝗属近缘种之间在形态上的高度相似性给形态学分类造成了困难,该类群系统发育关系尚不清楚。... 详细信息

蹦蝗属Sinopodisma Chang隶属于直翅目Orthoptera蝗总科Acridoidea斑腿蝗科Catantopidae秃蝗亚科Podisminae,全世界已知42种,我国已知40种。蹦蝗属近缘种之间在形态上的高度相似性给形态学分类造成了困难,该类群系统发育关系尚不清楚。蔡氏蹦蝗Sinopodisma tasii与黄山蹦蝗:Sinopodisma huangshana之间的关系就是其中的典型例子。动物志中所描述的黄山蹦蝗与蔡氏蹦蝗的区别在于黄山蹦蝗雌性体表无眼后带,蔡氏蹦蝗有明显的黑色眼后带;蔡氏蹦蝗的雄性尾须顶端中央略凹,黄山蹦蝗雄性尾须顶端平截。但通过标本比对,发现两者形态上极为相近,黄山蹦蝗中有的雌性个体有着明显的眼后带,蔡氏蹦蝗中有的雌性个体无眼后带,两种蹦蝗同一种群的雄性个体尾须均存在显著的个体间变异,导致种间形态差异消失。本论文采用高通量测序技术测定了蹦蝗属8个种的全线粒体基因组,并对每种蹦蝗序列进行了详细的注释与分析。结合蝗总科其他物种的线粒体基因组数据,采用多种方法进行了系统发育关系和物种定界研究,探讨了蹦蝗属及黄山蹦蝗与蔡氏蹦蝗的系统发育关系。主要研究结果如下:（1）完成蔡氏蹦蝗Sinopodisma tasii、黄山蹦蝗Sinopodisma huangshana、比氏蹦蝗:Sinopodisma pieli、湖南蹦蝗Sinopodisma hunnensis、小尾片蹦蝗Sinopodisma microfurcwla、喙尾蹦蝗 Sinopodisma rostellocerca、针尾蹦蝗Sinopodisma spinocerca、红股蹦蝗Sinopodisma rufofemoralis8个物种的全线粒体基因组序列的注释分析,其线粒体全长在15674bp-15721bp之间。通过对8种蹦蝗线粒体基因组数据进行分析,发现8种蹦蝗不论在碱基组成、基因间隔区和重叠区、蛋白编码基因起始密码子和终止密码子、RNA基因和控制区都十分相似。（2）基于13个蛋白质基因和2个rRNA基因数据集构建的ML、BI、NJ树拓扑结构基本一致,蹦蝗属的单系性没有得到支持。在蹦蝗属内,蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗均聚在一起。所有树中小蹦蝗属物种先聚为一支,落在蹦蝗属分支内,难以区分。（3）形态学上,蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗没有明显差异。遗传距离分析显示,蔡氏蹦蝗三个地理种群与黄山蹦蝗三个地理种群的的种群内与种群间遗传距离都很小,在黄山蹦蝗的汤口镇、九龙峰和牯牛降三个种群中,种群间平均遗传距离值均小于其中某个种群的种群内平均遗传距离,种群间成对遗传距离范围与单个种群的种群内成对遗传距离范围存在完全重叠的情况。在蔡氏蹦蝗的天目山、莫干山、龙塘山三个种群中,种群间成对遗传距离范围与单个种群的种群内成对遗传距离范围存在明显的重叠。蔡氏蹦蝗龙塘山种群与黄山蹦蝗三个种群的种群间成对遗传距离都完全落在蔡氏蹦蝗龙塘山种群的种群内成对遗传距离范围内。（4）蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗的6个地理种群在单倍型网络图中呈混合状,不同种群间存在共享单倍型,而且存在黄山蹦蝗种内单倍型之间的突变步数大于与蔡氏蹦蝗种间单倍型的突变步数,或蔡氏蹦蝗种内单倍型之间的突变步数大于与黄山蹦蝗种间单倍型之间的突变步数的情况。这表明两种蹦蝗具有极其近缘的亲缘关系,在遗传学上没有显著差异。（5）基于COX1条形码序列的GMYC分析将蹦蝗属划分为4个OTUs,蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗被单独划分为一个OTUs。结合形态学、系统发育分析、物种定界分析信息,我们认为蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗应是同一物种,黄山蹦蝗是蔡氏蹦蝗的次异名。

关键词：蹦蝗属线粒体基因组系统发育物种定界 GMYC分析

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