盲蝽比較線粒體基因組學(xué)及遺傳多樣性研究.pdf

1、盲蝽屬半翅目異翅亞目盲蝽科，是中國重要的農(nóng)牧業(yè)害蟲。近年來，盲蝽不僅在苜蓿田大量發(fā)生為害，同時也嚴(yán)重危害多種作物，已經(jīng)成為中國棉花、蔬菜及苜蓿的主要害蟲之一。盲蝽種類多、個體小，通常多種盲蝽混合發(fā)生。目前，有關(guān)盲蝽的系統(tǒng)進化及種群遺傳多樣性的研究還很少，而這有助于了解盲蝽的生態(tài)適應(yīng)機制和成災(zāi)規(guī)律，為盲蝽的有效防控提供理論依據(jù)。為此，本論文測定并注釋了苜蓿盲蝽、中黑盲蝽、三點盲蝽、綠盲蝽和牧草盲蝽等五種盲蝽的線粒體基因組，結(jié)合之前已測定的

2、盲蝽線粒體基因組，對盲蝽進行比較線粒體基因組學(xué)分析，評價具有作為盲蝽潛在分子標(biāo)記的線粒體基因，并基于線粒體cox1基因研究了中國5種盲蝽不同地理種群的遺傳多樣性。主要研究結(jié)果如下：
　　1.對中國苜蓿田?；旌习l(fā)生的綠盲蝽、中黑盲蝽、三點盲蝽、苜蓿盲蝽和牧草盲蝽等五種盲蝽的線粒體基因組進行測序，所有序列已提交至GenBank，登錄號為：KU234536～KU234540。苜蓿盲蝽和綠盲蝽獲得了完整的線粒體基因組序列，而中黑盲蝽、三點

3、盲蝽和牧草盲蝽等三種盲蝽未完全測通，缺失的部分位于控制區(qū)附近，包括trnI、trnQ、trnM和控制區(qū)等。與大多數(shù)昆蟲線粒體基因組相似，盲蝽全線粒體基因組編碼37個典型的線粒體基因，即13個蛋白質(zhì)編碼基因（PCG）、22個轉(zhuǎn)運RNA基因（tRNA）和2個核糖體rRNA基因（rRNA），且基因的排序和方向與經(jīng)典后生動物線粒體基因的排序完全一致。盲蝽全線粒體基因組也包含一個負(fù)責(zé)線粒體復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的非編碼區(qū)，即控制區(qū)或A+T富集區(qū)。此外，盲蝽全

4、線粒體基因組還包含一些小的非編碼區(qū)，部分基因存在序列重疊，且基因重疊和間隔區(qū)域常出現(xiàn)在一些保守位置，如：trnS2/nad1（-7bp），trnW/trnC（-8bp），atp8/atp6（-7bp）和nad4/nad4L（-7bp）。本論文測定的5種盲蝽線粒體基因組堿基組成偏向于A和T（75.74％～77.04%），且AT-偏斜為正值（0.11～0.17），而GC-偏斜為負(fù)值（-0.22～-0.12），這與大多數(shù)昆蟲線粒體基因組的結(jié)果

5、一致。同義密碼子使用分析表明，以A或T結(jié)尾的同義密碼子出現(xiàn)的次數(shù)遠大于其它同義密碼子出現(xiàn)的次數(shù)，即AT含量豐富的密碼子被頻繁使用。
　　2.對目前所有已測的15個盲蝽線粒體基因組（包括本論文測定的5個），從科、屬和種等不同分類階元水平上進行比較線粒體基因組學(xué)分析。在8個盲蝽全線粒體基因組中，最小的是綠盲蝽（14,768bp），而最大的是豆莢草盲蝽（17,747bp）。盲蝽線粒體基因組的基因含量、基因排序、核苷酸組成及密碼子使用在盲

6、蝽科內(nèi)高度保守。蛋白質(zhì)編碼基因在同種盲蝽中無長度差異，而僅有4個蛋白質(zhì)編碼基因（cox1、cox3、nad1和nad3）在所有盲蝽中無長度差異。在科水平上，nad2的長度變異最大，屬間nad5的長度差異也很明顯，但在屬內(nèi)基因長度是相對保守的。苜蓿盲蝽屬3個物種的所有22個tRNA能形成經(jīng)典的三葉草二級結(jié)構(gòu)，但綠盲蝽和牧草盲蝽這兩個物種中的trnS1（AGN）缺失二氫尿嘧啶的莖環(huán)結(jié)構(gòu)。后麗盲蝽屬和草盲蝽屬的所有22個tRNA均使用標(biāo)準(zhǔn)的反

7、密碼子，但在苜蓿盲蝽屬中兩個tRNA使用不常見的反密碼子：trnS1的反密碼子由GCU變?yōu)閁CU，而trnK的反密碼子由CUU變?yōu)閁UU。在盲蝽所有13個PCG中，atp8具有最高的有效信息位點和K2P遺傳距離，而有效信息位點和K2P遺傳距離最低的是cox1。所有盲蝽PCG的非同義突變與同義突變比值（Ka/Ks）均小于1，表明這些線粒體基因受到凈化選擇。然而，cox1條形碼序列的Ka/Ks值在所有分類水平上均大于1（1.34～15.20

8、），表明該基因序列可能受到正選擇作用。這些結(jié)果表明，不同的線粒體基因具有不同的進化速率，而相同基因在不同分類水平上也存在較大差異。
　　3.采用貝葉斯法和最大似然法對13個PCG（P123）和13個PCG+22個tRNA+2個rRNA（P123RT）等兩個多基因數(shù)據(jù)集進行系統(tǒng)發(fā)育分析，結(jié)果均支持Nesidiocoris+（Trigonotylus+（Adelphocoris+（Apolygus+Lygus）））。這一系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系也

9、被nad4、nad5、rrnL和22個tRNA等4個不同數(shù)據(jù)集的分析結(jié)果所支持。從序列長度，進化速率和系統(tǒng)發(fā)育信號等各方面綜合評價可知，其中nad4、nad5和rrnL等3個線粒體基因可作為盲蝽系統(tǒng)發(fā)育、種群遺傳多樣性及物種界定等研究的潛在分子標(biāo)記。
　　4.基于線粒體cox1條形碼序列對5種盲蝽的16個不同地理種群進行遺傳多樣性分析。結(jié)果表明，5種盲蝽共有34個線粒體單倍型，其中4個種群僅分別只有一個單倍型，其余種群均具有2～8

10、個單倍型。大多數(shù)種群間具有顯著的遺傳分化（P<0.05），苜蓿盲蝽兩個種群間遺傳分化很?。‵st=0.04），綠盲蝽兩個種群間存在一定程度的基因交流（Fst=-0.02），而牧草盲蝽10個種群間大多數(shù)存在顯著的遺傳分化（P<0.05），但幾個種群間存在不顯著的基因流。系統(tǒng)發(fā)育結(jié)果支持每種盲蝽均為獨立的進化支系， 其中牧草盲蝽10個種群分為兩個支系，但無顯著的地理支系結(jié)構(gòu)。然而，AMOVA分析表明，牧草盲蝽這兩個支系具有極顯著的