植食性和捕食性蝽线粒体基因组比较研究

来源 :贵州师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sww0310818
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蝽科Pentatomidae隶属于半翅目Hemiptera异翅亚目Heteroptera蝽次目Pentatomorpha蝽总科Pentatomoidea,在全球范围分布。大部分蝽科都是重要的农林害虫,除了少数为天敌昆虫。由于蝽科昆虫的特性导致害虫防治比较困难,花费高,效率较低。线粒体基因组(mt DNA)是研究昆虫群体变异与生物系统进化最常用的分子标记之一,它能够通过检测昆虫mt DNA序列,并比较各个昆虫类群的同源核苷酸序列来推测各个昆虫群体内部的进化关系。蝽科昆虫的饮食变化与生理代谢和生态适应的变化有着强烈的关系,但这种转变的进化过程和分子机制在很大程度上还未可知。针对以上问题,本研究从NCBI数据库共下载30种蝽科完整的线粒体基因组序列,其中25种植食性蝽科,5种捕食性蝽科。通过比较植食性蝽科和捕食性蝽科昆虫线粒体基因组特征,试图揭示食性对蝽科线粒体基因组的影响,食性是如何驱动蝽科线粒体基因发生适应性进化,为保护有益蝽科和有害蝽科提供理论实践意义。本研究主要内容涉及线粒体基因组基本特征、碱基组成、密码子使用、控制区的串联与重复序列、线粒体蛋白质编码基因的进化速率、构建部分蝽科的系统发育关系等。研究结果如下:1.蝽科线粒体基因组编码37个基因和一个控制区,这37个线粒体基因包括13个蛋白质编码基因、22个t RNA基因、2个核糖体基因。nad2基因的长度均值在植食性和捕食性蝽科间存在显著性差异,植食性蝽科nad2基因长度较长。nad2基因可能是一个与适应蝽科饮食变化有关的重要候选基因。比较植食性和捕食性蝽科氨基酸序列共发现7个变异位点,依次为基因cox1第489位点、基因cox3第210位点、基因nad2第165位点、nad3基因第80位点、nad4基因第440位点、nad4L基因第12位点、nad5基因383位点,且cox1基因变异位点上不同食性蝽科昆虫氨基酸种类不同。蝽科昆虫线粒体基因组A+T含量是远远高于G+C含量。2.64个密码子均被使用(包括终止密码子)。9个密码子使用(RSCU)在植食性和捕食性蝽之间存在显著性差异,植食性蝽对密码子UCC(S)、GCC(A)、UAC(Y)、GAG(E)、GGG(G)的使用频率是小于捕食性蝽,植食性蝽对密码子CCA(P)、GCA(A)、UAU(Y)、GAA(E)的使用频率是大于捕食性蝽。3.有5个密码子被植食性蝽作为起始密码子,有4个密码子被捕食性蝽作为起始密码子。起始密码子ATG在植食性蝽(32.62%)、捕食性蝽(32.31%)的使用频率皆最高,且ATC仅在植食性蝽被作为起始密码子。有4个密码子被作为植食性蝽的终止密码子,有3个密码子被作为捕食性蝽的终止密码子,终止密码子TAA在植食性蝽(72.31%)、捕食性蝽(72.31%)的使用频率皆最高。在植食性蝽和捕食性蝽中均发现以不完整终止密码子T,仅在植食性蝽中发现不完整终止密码子TA。4.8个基因(atp6、cox2、cox3、cytb、nad1、nad2、nad3、nad5)的同义替换率(Ks)在植食性蝽和捕食性蝽之间存在显著性差异,呈现为植食性蝽同义替换率是小于捕食性蝽的同义替换率。有2个基因(nad1、nad5)非同义替换率在植食性蝽和捕食性蝽之间存在显著性差异,呈现为植食性蝽非同义替换率大于捕食性蝽非同义替换率。在植食性和捕食性蝽科中,atp8基因的进化速率(Ka/Ks)都是最高的,进化速度也是最快的,而cox1、cox2、cox3、cytb这四种基因,在蝽科中的进化速度则最慢。植食性和捕食性蝽科的13个蛋白质编码基因的进化速率都是小于1。5.控制区位于rrn S和trn I基因之间。有5个物种控制区没有串联重复序列,其中4个为植食性蝽科,1个为捕食性蝽科。植食性和捕食性蝽相比,植食性蝽控制区串联重复序列的重复单位短,重复次数多,捕食性蝽控制区串联重复序列的重复单位长,重复次数少。6.基于线粒体13个蛋白质编码基因构建部分蝽科的最大似然树和贝叶斯树。在最大似然树(ML)和贝叶斯树(BI)中捕食性蝽是聚在一起。基于13个蛋白质编码基因构建的系统发育树能够很好的解决植食性和捕食性蝽之间的系统发育关系,但并没有完全解决这30种蝽科的系统发育关系。可能是由于数据量少,包含的属较少的原因导致了这样的系统发育关系。
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