茶園5種頭喙亞目昆蟲線粒體基因組序列分析及系統(tǒng)發(fā)育研究

茶園5種頭喙亞目昆蟲線粒體基因組序列分析及系統(tǒng)發(fā)育研究頭喙亞目(Auchenorrhyncha)隸屬于節(jié)肢動(dòng)物門(Arthropoda)、昆蟲綱(Insecta)、有翅亞綱(Pterygota)、外翅總目(Exopterygota)、半翅目(Hemiptera),多為農(nóng)林害蟲。截至2017年3月,在NCBI(NationalCenterforBiotechnologyInformation)數(shù)據(jù)庫中所收錄的完整的頭喙亞目昆蟲線粒體基因組序列僅有37種,對(duì)于龐大的頭喙亞目昆蟲種群來說,是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。本研究首次測(cè)定分析了茶園齒莖葉蟬Tambocerussp.、凹大葉蟬Bothrogoniaferruginea線粒體全基因組以及白邊大葉蟬Kollapaulula、大青葉蟬Cicadellaviridis、海濱尖胸沫蟬Aphrophoramaritima線粒體基因組90%左右的序列(trnQ-trnV)。測(cè)序結(jié)果通過序列拼接,基因注釋后進(jìn)行分析,得到線粒體基因組的特征。主要研究結(jié)果如下:(1)齒莖葉蟬Tambocerussp.和凹大葉蟬B.ferruginea線粒體全基因組序列長(zhǎng)度分別為15,955bp和15,262bp,白邊大葉蟬K.paulula、大青葉蟬C.viridis、海濱尖胸沫蟬A.maritima分別為13,579bp,13,461bp和13,725bp,對(duì)堿基的使用都有明顯的AT偏向性;AT偏斜(AT-skew)和GC偏斜(GC-skew)在4種葉蟬昆蟲中是相反的(AT-skew>0,GC-skew<0),而在沫蟬中則都大于0。其15個(gè)基因位于N鏈,其他基因位于J鏈?；蛑丿B和基因間隔普遍發(fā)生,ATP8/ATP6所在的基因重疊片段均為7bp(ATGATAA);除了白邊大葉蟬K.paulula緊密連接外,ND4/ND4L所在的基因重疊片段也均為7bp(TTAACAT)。(2)蛋白編碼基因使用的起始密碼子除了使用標(biāo)準(zhǔn)的ATN外,還出現(xiàn)了不常使用的GTT;使用TAA或TAG作為終止密碼子和使用TA或T作為不完整的終止密碼子。NNU和NNA使用的頻率最高。5個(gè)線粒體基因組中的tRNA都存在DHU臂缺失的情況,且都為trnS1,G=U弱配和A=A、U=U、C=A、U=C等堿基錯(cuò)配現(xiàn)象普遍存在。所有測(cè)得的基因方向和排列順序完全一致。與燕鳳蝶Lampropteracurius的線粒體基因組排列相比,只有trnM發(fā)生了位移。富含GC堿基的密碼子出現(xiàn)非常少。齒莖葉蟬Tambocerussp.和凹大葉蟬B.ferruginea的A+T富含區(qū)均中存在重復(fù)序列和典型的微衛(wèi)星結(jié)構(gòu)(TA)_n。(3)聯(lián)合NCBI數(shù)據(jù)庫中的38種半翅目和兩種外群昆蟲線粒體基因序列,利用最大似然法(BI)和貝葉斯法(ML)重建了頭喙亞目和半翅目系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹。在構(gòu)建得到的頭喙亞目系統(tǒng)發(fā)育樹中,使用13PCGs氨基酸序列的BI(Bayesian)和ML(MaximumLikelihood)樹結(jié)果較為可靠,(角蟬總科+沫蟬總科)+蠟蟬總科互為并系。在構(gòu)建得到的半翅目系統(tǒng)發(fā)育樹中,木虱總科所在的分支明顯存在錯(cuò)誤,原因可能是木虱總科昆蟲取樣過少。BI樹的結(jié)果基本相同,即頭喙亞目(為單系群,胸喙亞目和鞘喙亞目互為單系群,異翅亞目則為獨(dú)立的分支;ML樹的結(jié)果差異較大。部分結(jié)果和傳統(tǒng)觀點(diǎn)存在異議,原因可能是所選擇的物種線粒體基因數(shù)量較少和不均衡,胸喙亞目進(jìn)化速率較快,導(dǎo)致“長(zhǎng)枝吸引”現(xiàn)象的發(fā)生,可能對(duì)BI樹和ML樹的結(jié)果形成影響。分析認(rèn)為,齒莖葉蟬Tambocerussp.屬于葉蟬科溝頂葉蟬屬,凹大葉蟬B.ferruginea屬于葉蟬科凹大葉蟬屬,白邊大葉蟬K.paulula屬于葉蟬科邊大葉蟬屬,大青葉蟬C.viridis屬于葉蟬科大葉蟬屬,海濱尖胸沫蟬A.maritima屬于沫蟬科尖胸沫蟬屬,測(cè)定和分析頭喙亞