基于血蓝蛋白和昆虫存储蛋白基因探讨直翅目系统发育

Orthoptera insects higher taxa classification and phylogeny has long been controversial, such as the appropriateness of the classification of two-suborders system as well as superfamily Acridoidea? There was a doubt about some groups of phylogenetic position. If the foreleg dug-style mole crickets and pygmy sand cricket were primitive class group? What was the phylogenetic relationship in Orthoptera? To find a suitable molecular marker, especially look for insects unique label protein genes to compare and analyze these problems will be the breakthrough point to resolve the current controversy and contradictions. This study selected two types proteins in hemocyanin family- hemocyanin and insect storage protein hexamerin as molecular markers, which were occurred independently in arthropod and insecta. We inferred functions of two genes by obtaining the related gene sequences in Orthoptera insects, and comparing to known gene sequences of hemocyanin family of the representative groups in Insecta and investigating the expression level of locusts at different developmental stages. Incorporated comparative morphology, cell taxonomy, molecular phylogenetics and bio-information science methods, we explored the Orthoptera insects hemocyanin family genes in the evolution, structure and function on adaptive evolution, in order to provide strong new evidence on the senior level classification and phylogenetic studies of Orthoptera insects.

直翅目昆虫高级阶元的分类和系统发育长期以来一直存在争议，如两亚目分类系统以及总科的划分是否合适？对一些种类的分类地位提出了疑问，前足为开掘式的蝼蛄和蚤蝼是否是原始类群? 直翅目各类群的系统发育关系如何? 寻找合适的分子标记进行比对分析，尤其是寻找昆虫特有的标签蛋白基因，将是解决目前争论和矛盾的突破点。本研究选中两类血蓝蛋白家族分子-节肢动物中独立发生的血蓝蛋白hemocyanin和昆虫中独立发生的昆虫储存蛋白 hexamerin作为分子标记，通过获得直翅目昆虫中相关的基因序列，与已知昆虫纲动物代表类群的血蓝蛋白家族基因序列进行比对分析，并通过探讨蝗虫不同发育时期两种基因的表达量情况，以推测其功能。综合比较形态学、细胞分类学、分子系统学和生物信息学方法，探讨直翅目昆虫血蓝蛋白家族基因的进化、结构和在功能上的适应性演化等问题，以求为直翅目昆虫高级阶元的分类和系统进化的研究提供强有力的全新证据。

本项目以血蓝蛋白家族分子-节肢动物中独立发生的血蓝蛋白Hemocyanin(Hc) 和昆虫中独立发生的昆虫储存蛋白Hexamerin(Hx) 作为分子标记，通过获得的直翅目昆虫代表物种的血蓝蛋白家族基因序列，与已知昆虫纲代表类群的血蓝蛋白家族基因序列进行了比对分析，分析了直翅目昆虫血蓝蛋白家族基因的结构特征；同时以蝗总科昆虫为代表物种，分析了直翅目昆虫在不同发育时期、成虫不同部位血蓝蛋白家族基因的表达情况；通过原核表达、RNAi等分子生物学技术，推测直翅目昆虫血蓝蛋白家族的功能；以昆虫储存蛋白Hx作为分子标记，构建了直翅目昆虫高级阶元的分子系统发育树，探讨了直翅目昆虫高级阶元的系统发育关系，分析结果支持直翅目的单系性和2亚目(螽亚目,蝗亚目)7总科(蝗总科、蚱总科、蜢总科、蚤蝼总科、蝼蛄总科、蟋蟀总科和螽斯总科)的分类体系。总之本研究综合比较形态学、细胞分类学、分子系统学和生物信息学方法，探讨了直翅目昆虫血蓝蛋白家族的结构、进化和在功能上的适应性演化等问题，在分子水平上为直翅目昆虫高级阶元的分类和系统进化的研究提供强有力的全新证据。圆满完成了项目计划书中各项研究内容，发表论文23篇 (SCI12篇）,培养硕士研究生14名。