竹纹枯叶蛾和青黄枯叶蛾线粒体基因组特征及系统发育研究

摘要

竹纹枯叶蛾和青黄枯叶蛾是鳞翅目枯叶蛾科纹枯叶蛾属和黄枯叶蛾属昆虫，其幼虫取食重要经济植物，是重要的经济害虫。目前有关两种枯叶蛾的研究主要集中于形态学和生物学方面。本研究利用 PCR和测序技术测得两种枯叶蛾线粒体基因组全序列，分析其基因结构、组成、排列等特征；基于竹纹枯叶蛾、青黄枯叶蛾以及35种现有鳞翅目昆虫线粒体基因组蛋白质编码基因的氨基酸、核苷酸序列和2个rRNA基因序列建立系统树。结论如下：
　　1.竹纹枯叶蛾和青黄枯叶蛾的线粒体基因组全长分别为15,368bp和15,281bp，登录号（GenBank accession number）为KU870700和KU884483，AT含量为80.19％和80.87%。两者都具有37个基因（13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因）和1个AT富集区。两种枯叶蛾的tRNA基因的前三个的排列方式典型tRNAMet-tRNAIle-tRNAGln位于AT富集区和ND2之间，剩余基因的排列则与其它昆虫一致。两种枯叶蛾线粒体基因组分别存在18和11个基因间隔区(总长为192bp和149bp)，9和12个基因重叠区（总长为26bp和49bp）。两种枯叶蛾的间隔区长度波动较大，相对于重叠区，间隔区的长度较长，而最大间隔区（70bp和54bp）都是位于tRNAGln和ND2之间，且最长的重叠区也都是位于tRNALeu(UCN)和16S rRNA之间。
　　2.竹纹枯叶蛾和青黄枯叶蛾线粒体蛋白质编码基因除COI以CGA为起始密码子外，其余 PCGs则以 ATN（ATA、ATC、ATG、ATT）为起始密码子，而终止密码子为TAA或者单独T碱基。两种枯叶蛾都有13个蛋白质编码基因，总长分别11,213bp和11,211bp，AT含量为78.72%和79.40%，分别编码3，726和3，727个氨基酸。两种枯叶蛾的密码子使用频率最高的分别是UUU(F)、AUU(I)和UUA(L)，相应的三种氨基酸（Phe、Ile和Leu）编码数量也最多，而Cys数量是最少的。
　　3.竹纹枯叶蛾和青黄枯叶蛾的线粒体 tRNA基因总长为1,468bp和1,t452bp，AT含量都在81%上下波动，基因长度为60-70bp。除tRNASer(AGN)缺失二氢尿嘧啶臂，其它tRNA基因都形成典型的三叶草结构。两种枯叶蛾线粒体基因组tRNA中分别出现了20和16处碱基错配（U-G），分别出现在二氢尿嘧啶臂、反义密码子臂、氨基酸接受臂和TΨC臂上。两种枯叶蛾线粒体的16S rRNA和12S rRNA长度分别为1,390bp、776bp和1,354bp、778bp，rRNA基因总AT含量分别为84.67%和85.23%。
　　4.两种枯叶蛾线粒体基因组AT富集区位于12S rRNA和tRNAMet之间，其长度分别为372bp和383bp，AT含量高达91.40%和91.64%。在两种枯叶蛾的AT富集区中具有“ATAGA+Poly-T”和Poly-T，Poly-A结构。在竹纹枯叶蛾线粒体AT富集区出现了两处微卫星结构：(TA)6和(TA)7，而在青黄枯叶蛾线粒体AT富集区中未出现，推测以上几种结构对线粒体基因的复制、转录起调控作用。
　　5.基于线粒体基因组13个PCGs氨基酸序列、13个PCGs、13个PCGs+2 rRNA基因的核苷酸序列建立NJ树、MP树、ML树和BI树。最为可信的BI树中显示的鳞翅目各总科的亲缘关系为：（（（（（（（蚕蛾总科+尺蛾总科）+（枯叶蛾科+夜蛾总科））+螟蛾总科）+（凤蝶总科+弄蝶总科））+卷蛾总科）+巢蛾总科）+蝙蝠蛾总科）。蝙蝠蛾总科昆虫的线粒体基因组发生了基因重排：基因排列特点与鳞翅目昆虫祖先一致，所以在系统发育分析中是在最外围的。在许多研究报道中均能发现典型的凤蝶和弄蝶的系统发育关系：（（（（（灰蝶科+蚬蝶科）+蛱蝶科）+粉蝶科）+弄蝶科）+凤蝶科）。四种系统发育树显示枯叶蛾科和蚕蛾总科这两大支是分开的，其分类关系为：（（（天蛾科+蚕蛾科）+大蚕蛾科）+尺蛾科）+枯叶蛾科，支持枯叶蛾科从蚕蛾总科中分离出来的结论。

目录

声明

第1章 引言

1.1枯叶蛾科研究概述

1.1.1竹纹枯叶蛾概述

1.1.2青黄枯叶蛾概述

1.2线粒体概述

1.2.1 鳞翅目线粒体概述

1.2.2 鳞翅目昆虫线粒体DNA的应用

1.2.3 鳞翅目线粒体DNA研究现状

1.3系统发生树的构建

1.4研究目的和意义

1.5本文研究内容

第2章 竹纹枯叶蛾和青黄枯叶蛾线粒体基因组序列的扩增及分析

2.1实验材料与方法

2.1.1样品采集与保存

2.1.2主要仪器和试剂

2.1.3实验方法

2.2结果与分析

2.2.1竹纹枯叶蛾线粒体基因组

2.2.2青黄枯叶蛾线粒体基因组

2.2.3同源性分析

2.3小结与讨论

2.3.1两种枯叶蛾线粒体基因组结构与碱基含量分析

2.3.2两种枯叶蛾线粒体蛋白质编码基因分析

2.3.3两种枯叶蛾线粒体tRNA与rRNA基因分析

2.3.4两种枯叶蛾线粒体AT富集区分析

第3章 基于线粒体基因组序列对鳞翅目系统发育的研究

3.1分析方法

3.1.1物种选取

3.1.2系统树的构建

3.2结果和分析

3.2.1 NJ树

3.2.2 MP树

3.2.3 ML树

3.2.4 BI树

3.3小结和讨论

第4章 结论与展望

4.1结论

4.2本研究的不足之处

4.3展望

致谢

参考文献

硕士期间科研成果和获奖