广义刀锹甲属比较线粒体基因组学及系统发育关系研究（鞘翅目：锹甲科）

摘要

广义刀锹甲属Dorcus s.l.的分类是锹甲科系统学研究中最突出的疑难问题之一。其所涉及的众多属种间不仅外部形态复杂多变，且存在大量过渡或渐变特征，导致它们的分类地位频繁变动，已严重影响对整个锹甲科系统发育关系的探讨。利用分子系统学的方法和技术探索该属的疑难分类问题已成为必然，但目前有关该属的分子系统发育研究仍较为缺乏。 线粒体基因组在进化上速率较快，基因排列和组成都比较稳定，比基因片段能提供更丰富和深入的遗传信息，已广泛应用于昆虫纲各类群的系统发育研究并获得了较丰硕的研究成果。鉴于此，本研究对广义刀锹甲属Dorcus s.l.代表属种进行线粒体基因组高通量测序，比较其线粒体基因组数据特征并进行系统发育分析。主要研究结果如下: (1)共获得了广义刀锹甲属Dorcus s.l.中疑难问题突出的4属共计24种的线粒体全基因组序列。这些序列长度在15785-20052bp之间，排列顺序都比较保守，未发生基因重排，与经典昆虫线粒体基因组结构相一致。各物种线粒体基因组具有较高的AT含量，控制区的AT-skew、GC-skew具有较大的差异。ATT、TTA、TTT、ATA为蛋白编码基因中最常使用的四种密码子。各蛋白编码基因中，ND4基因进化速率最快，COI基因进化速率最慢。 (2)大基因间隔(large intergenic spacer)仅发现于7个物种中，其中5个物种的大基因间隔均以不连续的重复序列（TACTAAATT）形式出现在trnAser(UCN)-ND1基因之间;另外2种的大基因间隔在ND2-trnAtyr或trnaAAla-trnAArg之间，均无重复序列;系统发育分析也显示大基因间隔的有无呈镶嵌结构，推测这一特点在锹甲科的线粒体基因组进化过程中多次获得和丢失。 (3)系统发育分析支持了广义刀锹甲属Dorcus s.l.在锹甲科中的单系性。其中，4个代表属中的3个属，即扁锹甲属Serrognathus、半刀锹甲属Hemisodorcus、小刀锹属Falcicornis的单系性得到了支持。但狭义刀锹甲属Dorcus s.str.是一个多系:Dorcus macleayii，Dorcus donckieri与Hemisodorcus的物种聚为一支;Dorcus tanakai、Dorcus linwenhsini、Dorcus hirticornis、Dorcus cervulus、Dorcus striatipennis davidi聚为一支;D.tenuihirsutus、D.ursulus和D.velutinus也聚为另外一个分支。 我们的研究首次利用线粒体基因组数据探讨广义刀锹甲属Dorcuss.l.的系统发育问题，为该广义属的系统发育关系提供了参考，并为锹甲科积累了线粒体基因组数据。