啮虫目昆虫线粒体基因组结构与进化及其系统发育研究

This project focuses on the mitochondrial genomes study on species of all three sub-orders in Psocoptera (Insecta). Plenty of representative species in Psocoptera will be sequenced with the next-generation sequencing platform. Characteristics of mitochondrial genomes of different species in different sub-orders of Psocoptera will be analyzed, and to reveal their recombination and rearrangement mechanism based on the annotation and analysis of above mitochondrial genomes sequences. Contrast and comparison will be conducted to explore the evolutionary traits of mitochondrial genomes of this order. We will construct phylogenetic relationship from three levels: phylogenetics at order level of Psocoptera among different sub-orders; phylogenetics at superorder level of Psocodea, namely, between Psocoptera and Phthiraptera; phylogenetics at Insecta level with other mtchondrial genome sequences of insects available to reveal the taxonomic status of Psocoptera in Insecta. This project will make original and important achievements in the research field of mitochondrial genome and promote the further development of theoretical study on mitochondrial genomes evolution and species phylogenetics.

本项目应用新平台测序技术实现啮虫目Psocoptera（Insecta）代表性种类的线粒体基因组较大规模测序，分析其线粒体基因组特征，明确该目不同种类昆虫线粒体基因组重组和基因重排机制，分析该目昆虫线粒体基因组的进化特点，系统归纳和比较研究该目不同种类间线粒体基因组的相似性和差异性。在此基础上，研究并揭示三个层次的系统发育关系，即啮虫目3亚目间高级阶元系统发育关系、啮虫总目（Psocodea）即啮虫目与虱目Phthiraptera间的系统发育关系、啮虫目在昆虫纲中的分类地位。本项目将在昆虫线粒体基因组学领域取得原创性重要成果，进一步促进线粒体基因组进化及物种系统发育研究的发展。

啮虫目Psocoptera昆虫，也称啮虫，是昆虫纲中较为原始的类群，全世界目前记述有3个亚目。啮虫目昆虫由于其线粒体基因组结构的独特性，对于研究线粒体基因组重排及比较线粒体基因组学研究有重要意义。本研究在前人积累的丰富啮虫样品的基础上，联合国外相关专家，对啮虫目线粒体基因组展开更加深入的研究。. 本研究进行了啮虫样品的补充采集和收集工作，累计收集到可以应用于线粒体基因组研究的啮虫涉及3亚目12属28种33个地理种群。本研究首次开发设计了一套完整的啮虫线粒体基因组测序的实验技术体系，并利用二代测序结合一代测序的方法，测得27个（22种和27个地理种群）线粒体基因组。本研究发现了书虱属多环线粒体基因组现象，即在书虱属中发现了单环、两环和三环的线粒体集基因组组成形式；其中嗜卷书虱不同地理种群线粒体基因组在线粒体基因组结构和基因排列等方面有很大差异，研究组结合系统发育分析成功解决了嗜卷书虱中的隐存种问题。. 本研究对得到的线粒体基因组数据进行了深入分析，完成数据多重比对后，结合已发表数据首次构建啮总目系统发育树。通过对系统发育树进一步分析，得到各类群的系统发育关系。其中，啮虫目下的粉啮亚目与虱目构成姐妹群，也说明啮虫目是一个并系群。而另外两个亚目（窃啮亚目和啮亚目）聚类在一起，且每个亚目都形成了自己的单系群。本研究利用贝叶斯分析方法，同时结合已有的系统发育分析结果与世界上已报到的啮虫目化石和系统发育结论，对啮总目昆虫的分歧时间进行了计算。分子钟的结果表明，啮总目的分化是从一亿三千万年前开始的。其中，书虱科的分化是从八千万年前开始的；虱目的分化与形成是从一亿两千万年前开始，且与哺乳动物的出现密切相关；窃啮亚目和啮亚目的分化是从近五千万年前开始，且可能与不同地质时期造成的气候和生物因素的变化相关。