褐飞虱(Nilaparvata lugens Stal)是属于半翅目飞虱科(Hemiptera: Delphacidae)的昆虫,也是重要的水稻害虫,它可以直接取食水稻或是将病菌和病毒传给水稻,影响水稻的生长和发育,给粮食生产带来巨大的损失。目前,随着抗虫水稻品种的日益丰富,能够克服寄主抗性而产生适应性进化的各种褐飞虱生物型群体也层出不穷,给虫害防治带来新的困难。从分子进化学的角度研究褐飞虱生物型及其近缘物种的褐飞虱属昆虫,能够揭示褐飞虱生物型的遗传变异和对抗性水稻寄主适应性进化的规律,为制定科学有效的防治策略提供理论依据。线粒体基因组是目前进行动物基因组学和分子进化研究的理想材料,具有基因组小、组成稳定、母性遗传和很少发生重组等特征,也为系统发育等研究提供了丰富的分子标记。本研究首次对褐飞虱属七个昆虫群体(褐飞虱生物型1、2、3、Y、L,伪褐飞虱和拟褐飞虱)的线粒体全基因组进行扩增、测序及注释,利用比较基因组学和生物信息学等方法分析了褐飞虱属昆虫线粒体基因组的结构特征及种内种间的异同点,并结合已测序的其他24种半翅目昆虫的线粒体基因组数据对系统发育关系进行了研究。褐飞虱属昆虫的线粒体基因结构一致,包含37个编码基因和一段非编码的控制区,其蛋白质编码基因的排列顺序和转录方向与已有报道的半翅目昆虫基本一致,但是与飞虱科另一种昆虫灰飞虱Laodelphax striatellus相比tRNA基因trnHis发生了基因重排的现象。褐飞虱属昆虫线粒体基因组各个组成成分的碱基组成均存在很强的A+T含量偏向性,表明线粒体基因组具有很强的GC→AT的进化选择压力。褐飞虱属昆虫线粒体基因组的其蛋白质编码基因都使用ATN作为起始密码子,多数基因使用完整的三联密码子TAA或TAG作为终止密码子,少数使用不完整的T为终止子；且在蛋白质编码基因中,密码子和氨基酸的使用也都具有很强的偏向性,其中NNT和NNA密码子的使用频率非常高,而含量最高的四种氨基酸分别为Leu, Phe, Ile和Ser。比较褐飞虱属七个昆虫群体发现,在线粒体基因组大小、基因同源性、碱基组成、氨基酸组成、密码子的使用、基因间隔区和重叠区长度等方面,褐飞虱种内的五种生物型之间存在微小的差异,但其差异远远小于与伪褐飞虱以及拟褐飞虱相比的种间差异。从线粒体基因组进化角度来看,在同一个昆虫种内产生不同的生物型或群体的一个重要内因就是线粒体基因组中蛋白质编码基因的核苷酸的突变；再加上其他一些变化的积累可能对一个新物种的产生起了重要作用。基于线粒体基因组中13个蛋白质编码基因的核苷酸及氨基酸序列的联合数据及构建了半翅目昆虫的系统发育树,采用BI和ML分析方法,所得的拓扑结构类似。结果显示褐飞虱种内的五个生物型群体聚在一起,其次是伪褐飞虱与拟褐飞虱；而蜡蝉亚目与胸喙亚目及异翅亚目是姐妹群,这与前人的研究结果基本一致。除了线粒体基因组,我们还选择了30个核基因,在褐飞虱属七个昆虫群体中扩增并测序,结合线粒体基因组的13个蛋白质编码基因,按基因功能进行分类计算基因非同义突变率与同义突变率的比值(Ka/Ks)。结果显示,与取食李氏禾的野生的褐飞虱属昆虫群体相比,寄主转移到栽培水稻上的褐飞虱生物型群体氧化磷酸化及消化解毒相关基因有更高的Ka/Ks值,这预示着与对照基因相比,褐飞虱体内的氧化磷酸化及消化解毒相关基因与寄主转移的发生密切相关,因此寄主转移到栽培水稻的褐飞虱体内相关基因受到环境和寄主的正向选择作用。此外,与取食李氏禾的野生的褐飞虱生物型L相比,在更短时间内发生寄主转移到抗虫水稻上的褐飞虱生物型群体,其线粒体编码基因和部分核基因却有着更快的碱基突变率,说明寄主转移到抗性水稻上的褐飞虱线粒体及核基因组迅速的发生了适应性进化,而人工培育的抗性水稻加速了褐飞虱基因组的进化。本研究从昆虫适应性进化的角度为植物-昆虫的协同进化提供了有力的分子生物学证据,揭示了昆虫的寄主适应性进化机制和物种多样性及新物种形成的机制,同时为农业害虫的防治奠定了基础。