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基于18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、CoⅡ基因的蝗总科系统发育研究

作　者: 徐淼洋
导　师: 张道川；印红
学　校: 河北大学
专　业: 动物学
关键词: 18S rRNA 16S rRNA COⅠ COⅡ 蝗总科分子系统发育
分类号: Q961
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

蝗总科(Acridoidea)隶属于直翅目(Orthoptera)蝗亚目(Caelifera),目前国内普遍采用印象初在1982年提出、后经夏凯龄修改的分类系统,将蝗总科(Acridoidea)分为8个科,分别为癞蝗科(Pamphagidae)、瘤锥蝗科(Chrotogonidae)、锥头蝗科(Pyrgomorphidae)、斑腿蝗科(Catantopidae)、斑翅蝗科(Oedipodidae)、网翅蝗科(Arcypteridae)、棒角蝗科(Gomphoceridae)和剑角蝗科(Acrididae)。本研究用核酸直接测序法测定了20条核酸序列,分别为：瘤锥蝗科的云南蝗(Yunnanites coriacea)、斑腿蝗科的突缘拟凹背蝗(Pseudoptygonotus prominemarginis)、网翅蝗科的宽翅曲背蝗(Pararcyptera microptera meridionalis)3个种的18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列；癞蝗科的笨蝗(Haplitropis brunneriana)、棒角蝗科的北京棒角蝗(Dasyhippus peipingensis)和剑角蝗科的中华剑角蝗(Acrida cinerea Thunberg)的COⅠ、COⅡ基因序列；斑腿蝗科的棉蝗(Chondracris rosea rosea)的COⅠ基因序列；外群蝼蛄总科(Gryllotalpoidea)的东方蝼蛄(Gryllotalpa orientalis)的18S rRNA基因序列以及从GenBank检索到的24条核酸序列应用于本研究。使用Dnaman5.2和ClustalX1.81进行同源性比较,用MEGA软件计算核苷酸使用频率、碱基替换率及碱基替换饱和性分析等,并利用MEGA和PHYLIP软件,基于Kimura-2模型,采用N-J法构建系统发育树。得到以下结论：1.核酸序列碱基组成：通过对蝗总科8个科10种昆虫的18SrRNA、16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列进行分析,18S rRNA基因序列碱基G+C平均含量为52.3%,A+T平均含量为47.7%；16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列碱基组成A+T平均含量分别为69.7%、65.7%、73.7%,G+C平均含量分别为30.4%、34.4%、26.2%；碱基组成有明显的偏向性。线粒体基因组的编码蛋白基因COⅠ基因密码子第1位点A+T含量为53.5%,第2位点为56%,第3位点A+T含量最高,达88.7%。第3位点G的含量最低,平均为2.5%,A含量最高,达55%,这说明密码子的碱基使用频率存在明显的偏向性,在氨基酸组成上：不含半胱氨酸(Cys),含量最高的是亮氨酸(Leu)和甘氨酸(Gly)；线粒体基因组的编码蛋白基因COⅡ基因密码子第1位点A+T含量为65.1%,第2位点为67%,第3位点A+T含量最高,达89.5%,第3位点G的含量最低,平均为2.9%,A含量最高,达55.8%,这说明密码子的碱基使用频率存在明显的偏向性,在氨基酸组成上：不含半胱氨酸(Cys)和色氨酸(Trp),含量最多的是亮氨酸(Leu)和苏氨酸(Thr)；反映出COⅠ、COⅡ基因在氨基酸组成上具一定的偏向性。2.核酸序列的碱基变异和编码蛋白基因的饱和度分析：18S rRNA基因序列转换大于颠换,R(转换/颠换)值为1.3；16S rRNA基因序列颠换大于转换,R值为0.8；COⅠ基因序列转换与颠换比值总体为0.8,核苷酸替换主要发生在密码子第3位点上,且颠换高于转换,R值为0.5,在遗传距离0.2时,TV(颠换)超过了TS(转换),TS、TV与遗传距离之间有很好的线性关系,均呈上升趋势,未达到饱和；COⅡ基因序列转换与颠换比值总体为0.7,核苷酸替换主要发生在密码子第3位点上,且颠换高于转换,R值为0.6,在遗传距离0.2时,TV超过了TS,TV与遗传距离之间有很好的线性关系,呈上升趋势,未达饱和,但TS随着p距离的增大逐渐趋于稳定,已达饱和。3.蝗总科遗传距离比较：通过对蝗总科8个科10种昆虫的18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列进行比对分析得出：蝗总科科间遗传距离分别为：0.000～0.023,0.048～0.235,0.125～0.254,0.095～0.298；与外群蝼蛄总科(Gryllotalpoidea)东方蝼蛄(Gryllotalpa orientalis)的遗传距离分别为：0.089～0.099,0.307～0.377,0.279～0.355,0.379～0.444。4.系统发育重建结果分析：采用MEGA软件和PHYLIP软件分别利用蝗总科8个科10种昆虫的18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列和对4条DNA序列进行整合的序列构建N-J系统发育树,都能够得到较为一致的系统发育树,外群蝼蛄总科东方蝼蛄首先从树的根部与蝗总科10种昆虫完全分离开来,蝗总科的昆虫以较高的置信度聚在一起；锥头蝗科和瘤锥蝗科以较高的置信度聚在一起,置于系统发育树根部,构成了蝗总科的原始类群；癞蝗科与斑腿蝗科、斑翅蝗科、网翅蝗科、棒角蝗科和剑角蝗科以较高的置信度聚一起；斑翅蝗科的亚洲小车蝗(Oedaleus asiaticus)和亚洲飞蝗(Locusta migratoria migratoria)以较高的置信度聚为一支；而斑腿蝗科的棉蝗(Chondracris rosea rosea)和突缘拟凹背蝗(Pseudoptygonotus prominemarginis)在所分析的系统发育树中都没有聚在一起；得到蝗总科进化关系大致为：瘤锥蝗科→锥头蝗科→癞蜱科→斑翅蝗科→剑角蝗科→棒角蝗科→斑腿蝗科→网翅蝗科

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
前言  11-13
一概述  13-31
  1 蝗虫系统学研究概况  13-15
    1.1 蝗虫  13
    1.2 蝗虫的分类地位及分类系统发展史  13-14
    1.3 蝗总科分科检索表  14-15
  2 分子生物学技术及其在蝗虫系统学研究中的应用  15-26
    2.1 基因组DNA概述  15-17
    2.2 线粒体DNA概述  17-20
    2.3 分子生物学研究  20-24
    2.4 核酸序列在蝗总科系统学研究中的应用  24-26
  3 分子系统学概述  26-28
    3.1 分子系统学的概念  26-27
    3.2 分子系统学的发展简史  27
    3.3 分子系统学与其它系统学方法  27-28
    3.4 分子系统学基本原理及应用  28
  4 本项研究的目的及意义  28-31
二研究内容与结果分析  31-55
  1 实验材料  31-34
    1.1 材料来源  31-32
    1.2 实验药品  32-33
    1.3 实验仪器  33-34
  2 实验方法  34-36
    2.1 总DNA的提取(Proteinase K 消化法)  34
    2.2 电泳检测  34-35
    2.3 梯度电泳  35
    2.4 引物  35
    2.5 PCR扩增反应  35-36
    2.6 PCR产物测序  36
  3 研究结果分析与讨论  36-55
    3.1 蝗总科10种昆虫18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、COⅡ基因序列组成和变异  36-40
    3.2 碱基替换分析  40-42
    3.3 数据组系统发育信号检验  42-44
    3.4 系统发育重建  44-55
三结论  55-57
在读期间发表的学术论文  57-58
附录  58-63
参考文献  63-73
致谢  73

基于18S rRNA、16S rRNA、COⅠ、CoⅡ基因的蝗总科系统发育研究

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