中国叩甲科昆虫分子系统学研究

中国叩甲科昆虫分子系统学研究
叩甲科Elateridae隶属于鞘翅目Coleoptera,多食亚目Polyphaga,叩甲总科Elateroidea。

叩甲科的分类系统不统一,对叩甲的系统发育研究主要以叩甲成虫和幼虫的外部形态特征为基础。

目前,对叩甲科昆虫的分类系统及各亚科间的系统发育关系一直存在争议,因此对叩甲科昆虫的系统学研究不仅仅具有理论意义,而且对叩甲科昆虫的危害控制和资源利用都具有重要的指导作用。

1.本研究在我国中部及南方7省进行了叩甲科昆虫的标本采集。

根据传统形态学对标本进行分类鉴定,所用系统参考的是Kishii在1987年提出的12亚科分类系统。

对不同保存条件下的虫体标本进行基因组DNA抽提,结果表明乙醇浸泡标本能够较好的提取出基因组DNA,PCR产物测序后获得叩甲科昆虫81个种类的28SrDNA D1-D3区和71个种类的ITS-2基因片段。

2.PCR扩增获得叩甲科昆虫的28S rDNA序列,保留793个碱基用于系统发育分析,其中含有保守位点(conserved sites)400个,变异位点(variable sites) 386个,简约信息位点(parsim-informative sites)324个、自裔位点(singleton sites) 61个。

碱基平均百分含量T、C、A、G分别为17.6%、29.0%、18.9%、34.5%,C+G 的平均百分含量为6
3.5%。

ITS-2区序列597个碱基,其中保守位点18个,变异位点562个,简约信息位点523个、自裔位点29个。

碱基平均百分含量T、C、A、G分别为18.9%、31.1%、17.0%、33.0%,C+G的平均百分含量为64.1%。

叩甲科昆虫28SrDNA基因序列转换/颠换的平均值为1.71,ITS-2区序列转换/颠换的平均值为1.51,对各数据组间的碱基组成偏向性进行χ2检验
(Chi-square test),结果表明28S rDNA和ITS-2序列不存在碱基替换饱和。

3.基于28S rDNA对叩甲各亚科的遗传距离进行分析,槽缝叩甲亚科内部遗传距离最小为0.0312,其次为心盾叩甲亚科为0.0507,单叶叩甲亚科内部遗传距离为
0.047,齿胸叩甲亚科内部遗传距离为0.0558,胖叩甲亚科为0.0473,梳爪叩甲亚科为0.034,小叩甲亚科为0.0414,尖鞘叩甲亚科为0.0582,异角叩甲亚科Pityobiinae为0.0086,萤叩甲亚科为0.092,而叩甲亚科内部遗传距离最大,为0.0602。

各亚科间以异角叩甲亚科和尖鞘叩甲亚科间遗传距离最小,为0.0562；露唇叩甲亚科与小叩甲亚科间遗传距离最大,为0.1781。

各亚科间平均遗传距离为0.092(mean±SE=0.092±0.0029),无显著差异。

基于ITS-2片段对各亚科遗传距离进行分析,尖鞘叩甲亚科内类群遗传距离最小,平均遗传距离为0.0182；齿胸叩甲亚科内遗传距离为0.1534；心盾叩甲亚科内遗传距离为0.1076；萤叩甲亚科内遗传距离为0.0865；叩甲亚科与小叩甲亚科内部遗传距离均为0.1818；槽缝叩甲亚科内遗传距离最大,为0.2788。

异角叩甲亚科同尖鞘叩甲亚科之间的遗传距离最小,为0.0182；胖叩甲亚科与小叩甲亚科间的遗传距离最大,为0.2424。

4.基于28S rDNA及ITS-2片段,采用三种构树方法构建系统发育树,结果表明28S rDNA片段适用于亚科级分类阶元的系统发育分析。

ITS-2片段变异程度较高,比较适合于较低级分类阶元上的应用。

不同方法构建的系统树,各亚科都能够被很好的聚类,同传统分类系统的不同之处在于：尖鞘叩甲亚科同异角叩甲亚科聚为一支,尖鞘叩甲亚科,异角叩甲亚科和胖叩甲亚科聚入齿胸叩甲亚科；小叩甲亚科和心盾叩甲亚科位于系统树上部,
并非传统观点所支持的属于原始类群；槽缝叩甲亚科和单叶叩甲亚科归属于萤叩甲亚科。

支持露唇叩甲亚科应该作为单独的亚科存在。

根据系统发育分析的结果,结合外部形态特征,对现有的分类系统做出一定的修正。

异角叩甲亚科下降为族,并入尖鞘叩甲亚科；胖叩甲亚科下降为族并入齿胸叩甲亚科；将槽缝叩甲亚科和单叶叩甲亚科下降为族,并入萤叩甲亚科。

5.纳塔尔大白蚁M. natalensis与红带袖蝶亚种H. m. rosina的线粒体基因组扩增测序结果,M. natalensis的线粒体基因组序列共有13个蛋白质编码区,22个tRNA基因,2个rRNA基因(12S rRNA和16S rRNA基因),和1个非编码控制区(D-loop),大部分基因分布于H链。

碱基的基本组成为A (44.1%), T
(21.5%), G (11.5%), C (22.9%)。

H. m. rosina的线粒体DNA包含22个tRNA基因,13个蛋白质编码区,2个rRNA基因和1个编码控制区。

大部分基因分布于H链上。

核苷酸组成为T(42.33%),其次为A(39.33%),C(10.88%),G(7.46%)。