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蝗总科(Acridoidea)隶属于直翅目(Orthoptera)蝗亚目(Caelifera),目前国内普遍采用印象初在1982年提出、后经夏凯龄修改的分类系统,将蝗总科(Acridoidea)分为8个科,分别为癞蝗科(Pamphagidae)、瘤锥蝗科(Chrotogonidae)、锥头蝗科(Pyrgomorphidae)、斑腿蝗科(catantopidae)、斑翅蝗科(Oedipodidae)、网翅蝗科(Arcypteridae)、棒角蝗科(Gomphoceridae)和剑角蝗科(Acrididae)。
本研究用核酸直接测序法测定了20条核酸序列,分别为:瘤锥蝗科的云南蝗(Yunnanites coriacea)、斑腿蝗科的突缘拟凹背蝗(Pseudoptygonotus prominemarginis)、网翅蝗科的宽翅曲背蝗(Pararcyptera microptera meridionalis)3个种的18S rRNA、16SrRNA、COⅠ、COⅡ基因序列;癞蝗科的笨蝗(Haplitropis brunneriana)、棒角蝗科的北京棒角蝗(Dasyhippus peipingensis)和剑角蝗科的中华剑角蝗(Acrida cinerea Thunberg)的COⅠ、COⅡ基因序列;斑腿蝗科的棉蝗(Chondracris rosea rosea)的COⅠ基因序列;外群蝼蛄总科(Gryllotalpoidea)的东方蝼蛄(Gryllotalpa orientalis)的18S rRNA基因序列以及从GenBank检索到的24条核酸序列应用于本研究。使用Dnaman5.2和ClustalX1.81进行同源性比较,用MEGA软件计算核苷酸使用频率、碱基替换率及碱基替换饱和性分析等,并利用MEGA和PHYLIP软件,基于Kimura-2模型,采用N-J法构建系统发育树。得到以下结论:
1.核酸序列碱基组成:通过对蝗总科8个科10种昆虫的18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列进行分析,18S rRNA基因序列碱基G+C平均含量为52.3%,A+T平均含量为47.7%;16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列碱基组成A+T平均含量分别为69.7%、65.7%、73.7%,G+C平均含量分别为30.4%、34.4%、26.2%;碱基组成有明显的偏向性。线粒体基因组的编码蛋白基因COⅠ基因密码子第1位点A+T含量为53.5%,第2位点为56%,第3位点A+T含量最高,达88.7%。第3位点G的含量最低,平均为2.5%,A含量最高,达55%,这说明密码子的碱基使用频率存在明显的偏向性,在氨基酸组成上:不含半胱氨酸(Cys),含量最高的是亮氨酸(Leu)和甘氨酸(Gly);线粒体基因组的编码蛋白基因COⅡ基因密码子第1位点A+T含量为65.1%,第2位点为67%,第3位点A+T含量最高,达89.5%,第3位点G的含量最低,平均为2.9%,A含量最高,达55.8%,这说明密码子的碱基使用频率存在明显的偏向性,在氨基酸组成上:不含半胱氨酸(Cys)和色氨酸(Trp),含量最多的是亮氨酸(Leu)和苏氨酸(Thr);反映出COⅠ、COⅡ基因在氨基酸组成上具一定的偏向性。
2.核酸序列的碱基变异和编码蛋白基因的饱和度分析:18S rRNA基因序列转换大于颠换,R(转换/颠换)值为1.3;16S rRNA基因序列颠换大于转换,R值为0.8;COⅠ基因序列转换与颠换比值总体为0.8,核苷酸替换主要发生在密码子第3位点上,且颠换高于转换,R值为0.5,在遗传距离0.2时,TV(颠换)超过了TS(转换),TS、TV与遗传距离之间有很好的线性关系,均呈上升趋势,未达到饱和;COⅡ基因序列转换与颠换比值总体为0.7,核苷酸替换主要发生在密码子第3位点上,且颠换高于转换,R值为0.6,在遗传距离0.2时,TV超过了TS,TV与遗传距离之间有很好的线性关系,呈上升趋势,未达饱和,但TS随着p距离的增大逐渐趋于稳定,已达饱和。
3.蝗总科遗传距离比较:通过对蝗总科8个科10种昆虫的18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列进行比对分析得出:蝗总科科间遗传距离分别为:0.000~0.023,0.048~0.235,0.125~0.254,0.095~0.298;与外群蝼蛄总科(Gryllotalpoidea)东方蝼蛄(Gryllotalpa orientalis)的遗传距离分别为:0.089~0.099,0.307~0.377,0.279~0.355,0.379~0.444。
4.系统发育重建结果分析:采用MEGA软件和PHYLIP软件分别利用蝗总科8个科10种昆虫的18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列和对4条DNA序列进行整合的序列构建N-J系统发育树,都能够得到较为一致的系统发育树,外群蝼蛄总科东方蝼蛄首先从树的根部与蝗总科10种昆虫完全分离开来,蝗总科的昆虫以较高的置信度聚在一起;锥头蝗科和瘤锥蝗科以较高的置信度聚在一起,置于系统发育树根部,构成了蝗总科的原始类群;癞蝗科与斑腿蝗科、斑翅蝗科、网翅蝗科、棒角蝗科和剑角蝗科以较高的置信度聚一起;斑翅蝗科的亚洲小车蝗(Oedaleus asiaticus)和亚洲飞蝗(Locusta migratoria migratoria)以较高的置信度聚为一支;而斑腿蝗科的棉蝗(Chondracris rosea rosea)和突缘拟凹背蝗(Pseudoptygonotus prominemarginis)在所分析的系统发育树中都没有聚在一起;得到蝗总科进化关系大致为:瘤锥蝗科→锥头蝗科→癞蝗科→斑翅蝗科→剑角蝗科→棒角蝗科→斑腿蝗科→网翅蝗科