论文摘要
线粒体基因组是研究基因组结构、功能和进化的最佳模型。通常,后生动物的线粒体基因组大小在14-20kb,其编码的基因包括22个tRNA、2个rRNA、13个蛋白质基因以及一个AT丰富区。自1981年人类mtDNA测序完成以来,随着现代测序技术的发展,越来越多的线粒体基因组已经被提交到数据库中,根据NCBI上提供的数据截至2008年3月已经有1195种后生动物的线粒体基因组被测出,节肢动物线粒体基因组测出151种,而直翅目中有五物种的线粒体基因组全序列被测出。本研究采用了基于长PCR和二次PCR策略,采用PCR产物直接测序和克隆测序相结合的方法,对直翅目蝗总科的白纹佛蝗和螽斯总科的暗褐蝈螽这两种昆虫的线粒体基因组序列进行测定*、组装和注释,并同其它已测出的直翅目昆虫进行比较,同时,本研究根据已公开的直翅目线粒体基因组和本实验室已测定的其他物种,对直翅目昆虫进行系统发育重建。主要结论如下:1.白纹佛蝗和暗褐蝈螽的全线粒体基因组长度分别为15657bp和15623bp,均包含了13个蛋白质基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和一段非编码的控制区序列,白纹佛蝗全线粒体基因组AT含量为74.1%,暗褐蝈螽为67.9%,白纹佛蝗线粒体基因组有21处的基因间隔区域,共126bp,长度范围在1～20bp之间以及有9处重叠,共计41bp,长度范围在1～8bp之间,暗褐蝈螽线粒体基因组有14处的基因间隔区域,共121bp,长度范围在1～21bp及17处的基因重叠,共计197bp,长度范围在1～44bp之间。2.对白纹佛蝗、暗褐蝈螽、非洲飞蝗、东方蝼蛄、疑钩额螽以及中华稻蝗的全线粒体基因组排序进行比较,得出白纹佛蝗、暗褐蝈螽、非洲飞蝗,以及中华稻蝗都发生了KD转位现象,而东方蝼蛄和疑钩额螽没有发生,以前认为KD转位现象发生在蝗总科中,只是蝗总科的一个进化衍征,而暗褐蝈螽发生的这种KD转位现象,可能是由于平行进化产生。3.白纹佛蝗、暗褐蝈螽、非洲飞蝗、东方蝼蛄、疑钩额螽以及中华稻蝗的全线粒体基因组基因间隔区域分别为21处,14处,16处,11处,14处和17处;总共的间隔序列长度分别为126bp,121bp,101bp,81bp,86bp和87bp;最长的间隔序列分别为20bp,21bp,19bp,34bp,22bp和21bp。4.白纹佛蝗、暗褐蝈螽、非洲飞蝗、东方蝼蛄、疑钩额螽以及中华稻蝗的全线粒体基因组基因重叠区域分别为9处,17处,10处,7处,13处和14处;总共的重叠序列长度分别为41bp,197bp,42bp,29bp,56bp和65bp;最长的重叠序列分别为8bp,44bp,10bp,8bp,8bp和19bp。5.对白纹佛蝗、暗褐蝈螽、非洲飞蝗、东方蝼蛄、疑钩额螽以及中华稻蝗的13种蛋白基因的起始密码子以及终止密码子的使用进行了比较,在六物种所有的起始密码子使用中,ATG的使用率达56.4%,ATT达21.79%,ATA达10.3%,ATC达7.7%,特殊起始密码子的使用率达3.4%,终止密码子使用率最高的是TAA达67.9%,再是TAG达12.8%,而TAT只有2.6%。6.对白纹佛蝗、暗褐蝈螽、非洲飞蝗、东方蝼蛄、疑钩额螽以及中华稻蝗形成的tRNA二级结构的错配进行比较,其错配数分别为32对,43对,5对,34对,37对和29对。7.对白纹佛蝗、暗褐蝈螽、意大利蜂、短额负蝗和疑钩额螽的16S rRNA和12SrRNA的二级结构进行了比较,发现12S rRNA保守区域的第Ⅲ结构域也有一些变化,可变区域的第Ⅰ和第Ⅱ结构域也有部分是保守的,同样16S rRNA保守区域的第Ⅳ结构域也有一些变化,而可变区域的结构域也有部分是保守的,为更加精细化的区分rRNA的保守区和可变区奠定基础。8.对白纹佛蝗、暗褐蝈螽、非洲飞蝗、东方蝼蛄、疑钩额螽以及中华稻蝗AT富含区域进行比较,其长度分别为728bp,912bp,875bp,920bp,70bp和562bp,AT含量分别为83%,71.5%,85.94%,74.89%,71.4%和86.6%,相比较而言,蝗虫的AT含量要比螽斯和蝼蛄稍高一些,而螽斯在这六物种中是最低的。9.利用线粒体基因组的CYTB、ATP6和ATP8这三个基因联合对29种直翅目昆虫采用MP、ML和BI三种方法进行系统发育分析,所有的结果都支持蝼蛄总科和蟋蟀总科的关系比较近,支持螽斯总科中的草螽科的三物种全都聚在一起,支持斑腿蝗科中蹦蝗属的霍山蹦蝗和燕蝗属的长翅燕蝗聚在一起形成姐妹群,所有结果都不支持螽亚目的单系性,同全基因组建树结果相比较,全基因组建树结果则很好的支持螽亚目和蝗亚目的单系性,可见部分基因的建树结果可能不能很好的解决科级以上高级分类单元之间的系统发育关系。