广义半翅目昆虫的线粒体基因组系统发育研究

广义半翅目是昆虫纲第5大目，含胸喙亚目、古喙亚目、盾喙亚目、鞘喙亚目和异翅亚目；该目与啮虫总目和缨翅目合称副新翅类。在2007年完成的小额资助项目中，已通过构建18S rRNA二级机构模型校正18S rDNA比对结果的方法，对半翅目亚目间关系及其在副新翅类中的系统发育地位得到国际同行认可的两项阶段性结果。鉴于18S rDNA解析能力因其长度相对较短而受到限制，有必要继续进行线粒体基因组系统发育研究。对于动物系统发育研究，线粒体基因组是目前仅次于EST的第二大单拷贝序列集，方法成熟、研究成本相对较低。本研究将选取10个代表种类，测定其线粒体基因组全序列，补充GenBank缺乏的数据、并结合已有数据对半翅目在副新翅类中的地位及内部亚目间关系进行研究。实验可行性方面的工作基础还包括，已有得到国际同行认可的蝽类昆虫中的线粒体基因组系统发育研究成果，并已获得冈瓦纳分布的关键物种作为代表类群。

半翅目是副新翅类中最大的目和昆虫纲第5大目，含胸喙亚目、古喙亚目、盾喙亚目、鞘喙亚目和异翅亚目，其内亚目间关系及异翅亚目（蝽类）昆虫次目间关系均存在较大争议。在项目执行之前和项目执行期间，国际国内已发表的对于相关类群的研究主要基于两类分子标记，即线粒体基因组和18S rDNA。首先，在线粒体基因组方面，其它研究中存在的问题主要是类群选取不完整，其中主要是缺少鞘喙亚目的代表类群数据。鞘喙亚目的现生类群目前仅分布于澳大利亚、新西兰、南美巴塔哥尼亚等地，即冈瓦纳分布。在本项目的研究过程中，我们通过与德国和丹麦的国际同行进行合作，获取了该类群两个物种的标本，并成功扩增、测序得到完整线粒体基因组。再加上我们在其它类群中获取的线粒体基因组数据和GenBank中已有的相关数据，我们用贝叶斯、最大似然、最大简约等多种算法对数据集进行了系统发育分析。结果表明，同翅目和头喙类这两个名称所辖类群形成的集合均为并系类群，各亚目的分支次序自基部开始依次为胸喙亚目、古喙亚目和由其余三个亚目组成的单系群，与此前法国研究人员在2000年和我们研究组在2008年得到的结果一致。研究结果已于2012年发表在昆虫学的1区期刊Systematic Entomology上。与此同时，在异翅亚目内部，由于此前基于18S rDNA和线粒体基因组数据的研究结果与形态学证据出入较大，我们增补其它方面的信息，还在28S rDNA方面进行了一些拓展性工作。在细胞生物和六组总纲两个阶元水平，我们分别基于酵母和果蝇的28S rDNA序列构建了28S rRNA全长二级结构模型，对其中的长度变异格局进行了全面分析（细胞生物中300余条序列、六足总纲中67条），并在六足总纲中进行了系统发育案例研究。研究结果表明，28S rDNA像18S rDNA一样存在局部长度高变区段，局部长度变异区段对于序列比对及系统发育重建结果的具有重大影响。这一部分研究结果一项已经于2012年发表在生物学1区期刊PLoS ONE上，还有一项已被PLoS ONE接受（已有DOI号）。综上所述，我们不但按照预定目标完成了研究计划，还未将来进一步结合18S和28S rDNA全长以及线粒体基因组数据对广义半翅目高级阶元进行研究，打下了坚实基础。