堆砂白蚁属Cryptotermes代表种类线粒体基因组研究

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堆砂白蚁属(Cryptotermes)隶属于木白蚁科(Kalotermitidae),是一类较为原始的白蚁种类,俗称干木白蚁。堆砂白蚁取食干燥的木材,能危害包括木制家具、木制框架、工艺品在内的一切木材,是重要的城市害虫;其中部分种类能危害活树,同时也是危害林木的森林害虫;且具有明显的入侵性,是重要的检疫性有害生物。堆砂白蚁具有重要的经济意义,目前我国堆砂白蚁的线粒体基因数据较少,对于堆砂白蚁不同地理种群的种群结构和遗传变异、线粒体基因组结构等方面需要进行系统研究,以此分析堆砂白蚁属的种群结构和遗传变异以及系统发育等情况。本研究以采自海南、广东、广西、浙江和青岛的堆砂白蚁样本为研究材料,利用传统的形态鉴定方法对样本进行种类鉴定。并对所有样本的线粒体基因COI、COII进行测序,结合NCBI已有的堆砂白蚁序列,对堆砂白蚁属对应基因片段的遗传变异进行分析。同时,测定了麻头堆砂白蚁、截头堆砂白蚁和铲头堆砂白蚁的线粒体全基因组序列,分析了线粒体基因组结构与组成,并基于线粒体全基因组中的13个蛋白质编码基因以及24个RNA基因联合构建了木白蚁科系统发育树。研究结果如下:1.在各省份共收集25份堆砂白蚁样本,形态鉴定结果包括麻头堆砂白蚁、截头堆砂白蚁和铲头堆砂白蚁三种。其中截头堆砂白蚁和铲头堆砂白蚁为中国常见的堆砂白蚁种类,而采自青岛的麻头堆砂白蚁,被认为是最具入侵性的白蚁种类,此次为麻头堆砂白蚁在青岛的首次报道。麻头堆砂白蚁在青岛的定殖体现了北方集中供暖条件下的室内微环境扩大了麻头堆砂白蚁这类城市昆虫的入侵范围。2.在形态鉴定的基础上,对样本进行了线粒体基因COI和COII的序列测定和分析,分析结果显示:测得的COI基因片段长658bp,COII片段长645~648bp。堆砂白蚁属COI基因的种内遗传距离介于0.000至0.020,种间遗传距离介于0.150至0.213;COII基因的种间遗传距离介于0.170和0.253之间,种内遗传距离介于0.000至0.080。表明同种的不同地理种群的堆砂白蚁的差异较小,系统发育树的聚类结构与地理没有明显的相关性。3.(1)麻头堆砂白蚁、截头堆砂白蚁、铲头堆砂白蚁的线粒体基因组全长分别为15674bp、15655bp、15678bp;均包含13个蛋白质编码基因、2个核糖体RNA基因、22个转运RNA基因以及一段控制区。(2)各基因的长度相似,但排列不同,麻头堆砂白蚁和截头堆砂白蚁的线粒体基因组遵循昆虫的原始排列方式,而在铲头堆砂白蚁的线粒体基因组中发生了基因的重排,由rr L-trn V-rrn S发生基因的异位倒置转变为rr L-rrn S-trn V。(3)三种堆砂白蚁线粒体基因组皆具有明显的AT碱基偏向性,A+T含量分别为68.52%、66.70%和64.93%。(4)蛋白质编码基因的起始密码子、终止密码子相似,除cox2和nad5以单碱基T作为终止密码子,其余都为完整终止密码子。(5)蛋白质编码基因所编码的氨基酸含量相似,主要编码异亮氨酸(I)和亮氨酸(L)。(6)麻头堆砂白蚁的trn H和trn Y缺失TψC环,trn S1缺少DHU臂;截头堆砂白蚁的trn Y、trn R和trn F缺少TψC环,trn S1缺少DHU臂和DHU环;铲头堆砂白蚁的trn R缺失TψC环,trn S1缺少DHU臂和DHU环。4.木白蚁科各属间聚类清晰,不存在交叉。基于线粒体基因组13个蛋白质编码基因和24个RNA基因构建的系统发育树与仅基于13个蛋白质编码基因构建的系统发育树结构相似。木白蚁科各属之间的亲缘关系表示为:(树白蚁属(皱白蚁属(堆砂白蚁属(楹白蚁属(新白蚁属,Roisinitermes)))))。推测木白蚁科对干燥木材的忍耐力至少有两种不同的起源。四种堆砂白蚁之间的亲缘关系为:(麻头堆砂白蚁(第二堆砂白蚁(铲头堆砂白蚁,截头堆砂白蚁)))。
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