蝗总科(Acridoidea)昆虫属于直翅目(Orthoptera)蝗亚目(Caelifera)，在总科内的科及亚科分类问题上一直存在争议。随着线粒体基因序列在系统发育研究中的广泛应用,基于单个基因或少数几个基因的研究已经难以解决更多类群的系统发育关系,因此线粒体基因和核基因序列联合分析、整个基因组全序列分析以及分子数据与形态学的密切结合将是目前分子系统学主要研究手段。目前GenBank收录的直翅目昆虫线粒体基因组52种,其中蝗总科38种,仍然无法满足构建稳健的蝗总科主要类群系统发育关系的需要。本研究采用长PCR与二次PCR相结合的方法,对直翅目蝗总科的长翅素木蝗(Shirakiacris shirakii),短角外斑腿蝗(Xenocatantops brachycerus),花胫绿纹蝗(Aiolopus tamulus)和疣蝗(Trilophidia annulata)4种蝗虫线粒体基因组进行了序列测定、组装和注释及结构分析。通过联合GenBank中已收录直翅目昆虫线粒体基因组数据和本实验室已测直翅目昆虫线粒体基因组序列数据,对直翅目昆虫系统发育关系进行研究,探讨不同联合数据集进行系统发育分析的有效性。主要结论如下：1、长翅素木蝗、短角外斑腿蝗、花胫绿纹蝗和疣蝗线粒体基因组长度分别为15649bp、15605bp、15593bp和15922bp;都编码13个蛋白质基因(CO Ⅰ、CO Ⅱ、 COⅢ、ATP6和ATP8; ND1、ND2、ND3、ND4、ND4L、ND5、ND6和Cytb),2个rRNA (1rRNA和srRNA),22个tRNA基因和一个非编码区A+T富集区。四种蝗虫的线粒体基因组tRNA基因与典型的节肢动物线粒体基因组的排序不同,均存在KD倒置现象。与非洲飞蝗和中华稻蝗比较发现,六种直翅目昆虫的基因间隔区和重叠区的数目、长度均较为相似,长的间隔序列皆位于tRNASer (UCN)与ND1基因间。2、长翅素木蝗、短角外斑腿蝗、花胫绿纹蝗和疣蝗线粒体基因组碱基组成均具有明显的AT偏向性,其中长翅素木蝗AT含量最低,为72.3%,疣蝗AT含量最高,为76.1%。对于线粒体基因组的13个蛋白编码基因也具有显著的AT碱基偏向性,比较四种蝗虫的蛋白质编码密码子第1、2、3位点,密码子第3位点的AT含量最高,其中长翅素木蝗最低为84.8%,疣蝗最高为88.9%。物种间蛋白编码基因第3位点的AT偏向性与全线粒体基因组的基本一致。3、四种蝗虫13个蛋白编码基因中,除了CO Ⅰ和ND2基因,大多的起始密码子均为典型的ATN密码子。长翅素木蝗、短角外斑腿蝗和疣蝗CO Ⅰ基因以特殊的ACC作起始密码子,与斑腿蝗科的斑角蔗蝗、斑腿勐腊蝗相同；疣蝗ND2基因以GTG作为起始密码子。终止密码子方面,长翅素木蝗与短角外斑腿蝗的13个蛋白编码基因均为典型的TAN,而在花胫绿纹蝗和疣蝗中多个蛋白编码基因(ND2、 CO Ⅰ、COⅡ、ND3、ND5、Cytb)均为不完整的终止密码子T或TA。分析发现直翅目昆虫蛋白质编码基因中CO Ⅰ起始密码子多样化和不完整的终止密码子都是比较常见的。4、四个物种除tRNASer(AGN)均缺失DHU臂,其余的tRNA基因均能形成典型的三叶草型二级结构。22个tRNA基因均存在一定数目的碱基错配现象,而且绝大部分为G-U错配。5、比较长翅素木蝗、短角外斑腿蝗、花胫绿纹蝗和疣蝗四个物种的lrRNA和srRNA基因的二级结构,发现两个rRNA二级结构茎区比较保守,差异较大的部位存在于环区或序列两端。6、53种直翅目昆虫的AT富含区域的长度不等,AT含量从67.4%(暗褐蝈螽)到88.1%(短角外斑腿蝗和花胫绿纹蝗)不等。长翅素木蝗和疣蝗的AT丰富区AT含量分别为84.8%和86.0%,所测的4个物种具有显著的AT偏向性。7、利用线粒体全基因组、蛋白质编码基因及去掉密码子第3位点的蛋白编码基因、rRNA基因4个数据集对直翅目昆虫进行系统发育分析,所有结果都支持直翅目中的蝗亚目和螽亚目分别为一个单系群。在蝗总科的8个科中,锥头蝗科和瘤锥蝗科始终聚为一支,支持将两科并列归为锥头蝗总科,位于蝗亚目的基部分支处；大多结果显示斑翅蝗科为一个单系群。斑腿蝗科15种除四川凸额蝗,在大多系统树中其余14种均聚类为一支,四川凸额蝗大多与癞蝗科聚为一支；癞蝗科4种始终聚类为一支,显示了其单系性,同时与斑腿蝗科聚类,证明斑腿蝗科与癞蝗科有很近的亲缘关系。斑腿蝗科、剑角蝗科、网翅蝗科及槌角蝗科的几个物种互相交替相聚,本研究不支持这四科为单系群。