基于DNA条形码和形态特征的中国和北美野螟亚科分类及系统发育研究(鳞翅目:草螟科)

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:awander
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野螟亚科是草螟科中较大的亚科,是一类重要的农林业经济害虫,迄今全世界已知190属1413种。但是,由于长期以来该亚科的分类研究比较混乱,特别是对形态特征间断不明显的类群鉴定极为困难,导致遗留了很多分类问题,也是推进该亚科系统分类研究,澄清高级阶元系统发育关系的一大障碍。DNA条形码技术是近年来应用于物种分子鉴定的一种新方法,不仅能够快速有效的识别已知种、发现隐存种,也可为搞清一些形态上难以解决的分类学难题、重建生物的进化关系提供丰富的遗传信息和可靠的分子证据。本文详细介绍了 DNA条形码技术的最新研究动态,系统回顾了野螟亚科昆虫的国内外研究概况。通过首次构建中国和北美野螟亚科昆虫DNA条形码数据库,检测了COI基因DNA条形码对该类群的分子鉴定效率,并尝试结合DNA条形码和形态特征对野螟亚科部分类群进行了分类及系统发育研究,主要研究结果如下:1.DNA条形码数据库的建立及其对野螟亚科昆虫的分子鉴定。1)测定了野螟亚科52属253种的922条DNA条形码序列,包括中国31属101种的367条DNA条形码序列,北美27属154种的555条DNA条形码序列。其中,665条为符合DNA条形码标准的序列,251条为mini-DNA条形码序列。111种成功测定了3条以上的DNA条形码序列,142种测定了 1~2条DNA条形码序列。除2属未测序获得DNA条形码序列外,其他取样的52属均成功测定了 DNA条形码序列。2)通过计算种内、种间遗传距离及DNA条形码间隙—Barcode gap分析,检测了在野螟亚科昆虫分子鉴定中COI基因DNA条形码物种界定的标准。结果表明,标准DNA条形码种内遗传距离为0~7.75%(平均值为0.39%),种间遗传距离为0~18.57%(平均值为9.12%),种内-种间遗传距离在2.0%存在明显的Barcode gap,因此遗传距离2.0%可作为界定物种的标准。而mini-DNA条形码种内遗传距离为0~33.19%(平均值为1.16%),种间遗传距离为0~34.49%(平均值为11.36%),种内最大遗传距离与种间最小遗传距离出现较大的重叠区,种内-种间遗传距离在2.0%不存在明显的Barcode gap。3)通过构建标准DNA条形码分类单元鉴定树,结果表明其对野螟亚科昆虫的物种识别具有较高的分辨率(86.39%),有165个形态种能够被正确归类和区分,表现出较好的形态鉴定和分子数据的一致性。比较而言,mini-DNA条形码序列构建的分类单元鉴定树显示出较低的分辨率(63.64%),仅有84个形态种能够被正确归类和区分,出现了较多的同种多系分支或不同种的分支重叠现象。2.基于DNA条形码和形态特征中国和北美野螟亚科隐存种的研究。通过计算标准DNA条形码的遗传距离及序列多样性,结果表明中国和北美野螟亚科12种的种内最大遗传距离大于2.0%,DNA条形码序列的多样性较高,说明其中可能包含隐存种。采用NJ、ME法构建单倍型系统树,结果表明其中Ananiacoronata,.hortulata,Perispasta caeculalis,Pyrausta fodinalis,P.perrubralis,P.subsequalis 6个复合种的不同地理支系均聚类形成比较明显的单系,并且各支系间的平均遗传距离超过2.0%。通过进一步的比较形态学研究,发现6个复合种的不同地理支系具有明显的形态特征差异,证实其中存在隐存种。因此,本文结合DNA条形码和形态学证据共提出4新种、3新地位。新种:Anania aduncata sp.nov.,Anania tennesseensis sp.nov..,Perispasta brevis sp.nov.,Pyrausta chiapaslis sp.nov.。新地位:Pyrausta septentrionicola stat.nov.,Pyrausta monticola stat.nov.,Pyrausta shastanalis stat.nov.。3.中国和北美野螟亚科基于COI基因DNA条形码序列和形态特征的系统发育研究。基于COI基因DNA条形码序列采用MP、ML、BI法重建中国和北美野螟亚科的分子系统树显示,3种方法得到的系统树拓扑结构存在一定差异,MP、ML较BI法得到的系统树,能够更好地解析中国和北美野螟亚科的系统发育关系,解决大多数属的亲缘关系。系统发育关系分析结果表明,内群45属虽然未聚类形成单系群,但支持将其中36属归入野螟亚科,与传统形态学分类观点一致。另外,本研究分析结果支持内群中Charitoprepes,Lamprophaia,Mabra,Mimetebule 等4属与外群斑野螟亚科的聚类关系较近,相反与野螟亚科的聚类关系较远。而Carminibotys,Euclasta,Heterocnephes,Pseudebulea,Triunicidia等5属在不同系统树的位置有所变动,因此它们的系统关系及归属未能得到解决。外群中Aetholix,Udea与野螟亚科的聚类关系较近,相反与斑野螟亚科的聚类关系较远,与传统形态学认为该2属应为斑野螟亚科成员的观点有分歧。联合COI基因DNA条形码序列和形态特征采用MP、BI法重建中国野螟亚科的系统树显示,2种方法得到的系统树拓扑结构存在一定差异。MP较BI法得到的系统树,能够更好地解析中国野螟亚科的系统发育关系,解决大多数属的亲缘关系。系统发育关系分析结果表明,内群22属未聚类形成单系群,但支持将其中19属归入野螟亚科,与传统形态学分类观点一致。另外,本研究分析结果支持内群中Mimetebulea与斑野螟亚科的聚类关系较近,相反与野螟亚科的聚类关系较远。而Carminibotys,Pseudebulea在不同系统树的位置有所变动,因此该2属的系统关系及归属仍需进一步研究。
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