中国菜蝽属DNA条形码和线粒体基因组学研究（半翅目：蝽科）

发布时间：2020-11-09 00:56

　　 菜蝽属Eurydema隶属于半翅目Hemiptera异翅亚目Heteroptera蝽科Pentatomidae,是一类重要的农业害虫,世界分布33种,其中我国分布13种。该属昆虫体中小型,长卵圆形,体色鲜艳、色斑多样,种内、种间均有表型变异。虽然已有一些学者采用不同的方法对菜蝽属部分种进行了研究,但是该属昆虫的分类界限和系统发育关系仍存有争议。近年来,随着分子生物学技术的发展,DNA条形码作为有效的物种鉴定方法已经广泛应用于多个生物类群,而线粒体基因组则是重建系统发育关系和研究类群进化历史的有效工具。本文在广泛采集分布于中国的菜蝽属昆虫的基础上,对该属做了一下两方面的研究:第一,运用遗传距离(distance-based)和系统发育树(tree-based)两种方法对分布于中国的菜蝽属9种、共计199头样本进行了 DNA条形码分析。主要结论如下:1、结合形态结构和DNA条形码结果,均支持疑难种Eurydemasp.为菜蝽属中一新种一白腹莱蝽Eurydema leucoventera sp.nov.。E.leucoventera sp.nov.与菜蝽属其他种之间的平均遗传距离(7.4%)是其种内遗传距离(1.1%)的6.7倍。在NJ和BI系统发育树结果中,E.leucoventera sp.nov.的不同单倍型聚为单独一支,且与甘蓝菜蝽形成姐妹群关系。另外,ABGD分析也支持将样本划分为9个分组,与形态种一一对应。2、结合形态结构和DNA条形码结果,均支持将秦岭菘蝽Bagrada qinlingensis Zheng,1982组合为秦岭菜蝽Eurydema qinlingensis(Zheng,1982)comb.mov.。其与菘蝽属锡箔菘蝽之间的遗传距离为17.5%,远高于与菜蝽属昆虫的平均种间遗传距离(11.7%)。在NJ和BI系统发育树结果中,秦岭菜蝽分支属于菜蝽属内部,且与圆角菜蝽关系较近。3、遗传距离和系统发育树结果均支持菜蝽E.dominulus和蓝菜蝽E.oleracea的表型变异属于种内变异范畴。菜蝽的不同体色、不同色斑类型之间的遗传距离小于0.6%,且远小于菜蝽的最小种间遗传距离5.1%;同样地,蓝菜蝽的两种表型之间的遗传距离为0.4%,也小于蓝菜蝽的最小种间遗传距离4.4%。在NJ和BI系统发育树结果中,不同的表型变异不具有单系性。4、本研究证明COI基因在菜蝽属的物种识别中有较高的准确性。菜蝽属内各个种的最大种内遗传距离均小于最小种间遗传距离,且物种鉴定成功率超过99%:同时基于COI基因的DNA条形码成功辅助解决形态疑难种和表型变异问题。因此,虽然菜蝽属内遗传距离存在微小的“barcoding overlap”,但是我们认为COI基因可以作为该属的DNA条形码。第二,本研究测得6种莱蝽属昆虫(菜蝽 E.dominulus、印缅菜蝽 E.liturifera、新疆菜蝽 E.maracandica、蓝菜蝽 E.oleracea、秦岭菜蝽 E.qinlingensis和圆角菜蝽 E.ventralis)的线粒体基因组序列,并对序列进行了比对和注释。联合已发表的横纹菜蝽E.gebleri线粒体基因组序列,对菜蝽属昆虫进行了比较线粒体基因组学分析,此外,采用支序系统学方法及化石记录,结合已发表的异翅亚目昆虫线粒体基因组序列对菜蝽属的系统发育关系及分化时间进行了评估。主要结果如下:1、菜蝽、印缅菜蝽、新疆菜蝽、蓝菜蝽、秦岭菜蝽和圆角菜蝽的线粒体基因组长度分别为 16752bp,15585bp,15391bp,15892bp,15820bp 和 15500bp。菜蝽属昆虫线粒体基因组序列均编码37个基因(13个蛋白编码基因,22个tRNA基因以及2个rRNA基因),且基因排列与其他异翅亚目昆虫的线粒体基因组一致。22个tRNA二级结构中,除trnS1和trnV缺DHU臂外,22个tRNA基因的二级结构均为典型的三叶草结构。2、菜蝽属昆虫线粒体基因组序列中,不同物种的编码基因的长度变化不大,主要的差异为控制区长度的变化。通过比较发现,菜蝽属昆虫线粒体基因组序列均具有明显的AT偏向性且存在A偏斜和C偏斜。重叠区和间隔区的序列较保守,甚至完全相同。除ND4L、ND5和ND6外,其余蛋白编码基因的起始密码子均相同;除ND2、ND4和ND6外,其余蛋白编码基因的终止密码子均相同。3、采用不同数据集计算的菜蝽属种间遗传距离结果显示,基于PCG数据集计算的遗传距离值较大,其次是PCGRNA数据集(13PCG+22tRNA+2rRNA),基于tRNA计算的遗传距离值最小。菜蝽属昆虫线粒体基因组的13个蛋白编码基因的Ka与Ks的比值均小于1,说明菜蝽属的蛋白编码基因均受到纯化选择的作用。4、异翅亚目各次目的拓扑关系为(奇蝽次目+(黾蝽次目+(鞭蝽次目+(蝎蝽次目+(细蝽次目+(臭虫次目+蝽次目))))))。在蝽次目分支中,(扁蝽总科+(蝽总科+(长蝽总科+(红蝽总科+缘蝽总科))))。蝽总科分支的拓扑关系为(异蝽科+(龟蝽科+(土蝽科+(荔蝽科+兜蝽科)+蝽科)))。在蝽科菜蝽属分支中,秦岭菜蝽位于菜蝽属分支的基部,(圆角菜蝽+(蓝菜蝽+印缅菜蝽))形成分支1,(新疆菜蝽+(横纹菜蝽和菜蝽))形成分支2。5、蝎蝽次目是异翅亚目中分化最早的类群,分化时间为246Ma(三叠纪中期)。菜蝽属的分化开始于87Ma白垩纪晚期,属内物种多样性的增加在古近纪和新近纪阶段。分化时间依次为秦岭菜蝽(古近纪古新世)、圆角菜蝽(古近纪渐新世)、新疆菜蝽(古近纪渐新世)、菜蝽-横纹菜蝽(古近纪渐新世)和蓝菜蝽和印缅菜蝽(新近纪中新世)。
【学位单位】：山西农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S433.3
【部分图文】：

化试验室所积累的酒精浸制标本，少量来自南开大学昆虫研宄所的浸制标本。所有标本??均浸制于无水乙醇中，－２〇°Ｃ冰箱保存。??试验共选取２０３头标本（包括外群锡箔菘蝽４头），涵盖全国１６个省市（见图２．８）。??标本采集地点、时间、及试验所需详细信息见表２．１。试验标本只选取同侧三条足或胸??部肌肉进行试验，剩余部分作为证据标本置于无水乙醇，保存于＿２〇°Ｃ冰箱，以备查验。??Ｍｒ?ｗ?ｉ？＊?ｌｕＴｍｌ?Ｉ３＊？＊?ｎ?＜ｌｒＪ：?ＩＳｔ＇＂?ｒｆ＇ｆｔ＇ｌ??Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ?１?１???Ｌｅｃｅｎｄ??－．．．?＇??乙?Ａ?￡．?ｄｏｍｉｍｄｕｓ??ｆ?ｃ一、广＾一?飞．一、▲＇了？?？?Ｅ．?ｇｅｂ／ｅｒｉ????．＾?＇?＾?１?＇?－ｘＪｋ?＇＂?ｖ??命?ｒ?＞?夕?Ｅ．?ｍａｒａｃａｎａｉｃａ??、一＾ｒ：ｔ；?、＇?：．?！＇答＾?Ｅ．?ｏｌｃｒａｃｅａ??？，广成义＂－？？?￡．?ｖｅｎｔｒａｌｉｓ??４?，?＾?Ｅ．?ｓｐ．??＿?＾?＃?Ｅ．?ｌｉｔｕｒｉｆｅｒａ??Ａ?ｒ＾；??＾?？?Ｂ．?ｑｉｎｌｉｎｇｅｎｓｉｓ??〇?５〇ｏ?ｉ．ｏｏｏ?２．０００?（￡．?ｑｉｎｌｉｎｇｅｎｓｉｓ）??Ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ??？?Ｂ．?ｓｔｏｌａｔａ??图２．１试验所用标本采集地信息??Ｆｉｇ．?２．１?Ｍａｐ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ?ｗｉｔｈ?ｓａｍｐｌｉｎｇ?ｌｏｃａｌｉｔｉｅｓ．??２．１．１．２试验试剂??Ｔｒｉｓ．Ｃｌ?缓冲液（ＩｍｏｌＬ，ＰＨ８．０）、ＥＤＴＡ?（乙二胺四乙酸）（〇＿５ｍｏｌ／Ｌ，ＰＨ８．０）、ＥＢ??（

暴１爨ｉ??ｃ?Ｄ??图２．４蓝菜蝽的２种表型．Ａ．Ｂ）?Ｉ型的背面观和腹面观；Ｃ，Ｄ）丨１型的背面观和腹面观??Ｆｉｇ．?２．４?Ｔｗｏ?ｐｈｅｎｏｔｙｐｅ?ｔｙｐｅｓ?ｏｆ?Ｅ．?ｏｌｅｒａｃｅａ．?Ａ．Ｂ）?Ｄｏｒｓａｌ?ｖｉｅｗ?ａｎｄ?ｖｅｎｔｒａｌ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｙｐｅ?Ｉ；?Ｃ，Ｄ）?Ｄｏｒｓａｌ??ｖｉｅｗ?ａｎｄ?ｖｅｎｔｒａｌｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｙｐｅ?ＩＩ．?Ｓｃａｌｅ?ｂａｒｓ?＝?１?ｍｍ．??ｉｉ?Ａ?Ｂ??图２．５疑难种的背面观（Ａ）和腹面观（Ｂ）??Ｆｉｇ．?２．５?Ｄｏｒｓａｌ?（Ａ）?ａｎｄ?ｖｅｎｔｒａｌ?（Ｂ）?ｖｉｅｗ?ｏｆ?￡?ｓｐ．?Ｓｃａｌｅ?ｂａｒｓ?＝?１?ｍｍ．??３６??

?０．６２５ｍｍ?０．６２５ｍｍ??图２．６疑难种的生殖节解剖图（Ａ．生殖囊腹面观；Ｂ．生殖囊背面观；Ｃ．阳基侧突侧面观；Ｄ．阳茎腹??面观；Ｅ．阳茎侧面观）??Ｆｉｇ．?２．６?Ｐｈｏｔｏｓ?ｏｆ?ｍａｌｅ?ｇｅｎｉｔａｌｉａ?ｏｆ?Ｅ．?ｓｐ．?（Ａ．?ｐｙｇｏｐｈｏｒａｌ?ｖｅｎｔｒａｌ?ｖｉｅｗ；?Ｂ．?ｐｙｇｏｐｈｏｒａｌ?ｄｏｒｓａｌ?ｖｉｅｗ；?Ｃ．??ｐａｒａｍｅｒｅ；?Ｄ．?ａｅｄｅａｇｕｓ?ｖｅｎｔｒａｌ?ｖｉｅｗ；?Ｅ．?ａｅｄｅａｇｕｓ?ｌａｔｅｒａｌ?ｖｉｅｗ）．??暴｜暴｜??摩，Ａ?爾Ｌ?Ｂ??图２．７秦岭菘蝽背面观（Ａ）和腹面观（Ｂ）??Ｆｉｇ．?２．７?Ｄｏｒｓａｌ?（Ａ）?ａｎｄ?ｖｅｎｔｒａｌ?（Ｂ）?ｖｉｅｗ?ｏｆ?Ｂａｇｒａｄａ?ｑｉｎｌｉｎｇｅｎｓｉｓ．?Ｓｃａｌｅ?ｂａｒｓ?＝?１?ｍｍ．??３７??
【参考文献】

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1 姜培;异翅亚目昆虫比较线粒体基因组学及系统发育关系研究[D];中国农业大学;2017年

本文编号：2875629