秆野螟属线粒体基因组学及中国亚洲玉米螟和欧洲玉米螟混生区物种界定研究(鳞翅目:草螟科:野螟亚科)

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秆野螟属Ostrinia,隶属于野螟亚科Pyraustinae,草螟科Crambidae,世界已知23种、25亚种,中国报道16种、10亚种。由于该属昆虫分化时间短、亲缘关系复杂,很多分类单元的重要形态分类特征界限不清,甚至存在明显的种内变异,导致其物种界定和种间的系统发育关系至今仍存有很大争议。本研究综合运用形态测量学、比较形态学、线粒体比较基因组学及系统发育基因组学等方法,首次对秆野螟属昆虫线粒体基因组进行比较基因组学分析,并基于线粒体基因组数据构建了该属系统发育关系。结合分子和形态学证据解析了我国亚洲玉米螟和欧洲玉米螟的混生区问题,发现我国除新疆伊犁地区外可能还存在两种玉米螟潜在混生区,并对同域与异域两种玉米螟的形态学和分子特征进行综合分析和评价。主要研究结果如下:(1)本研究采用二代测序技术测定该属5个种(克什米尔螟O.kasmirica,欧洲玉米螟O.nubilalis,亚洲玉米螟O.furnacalis,豆秆野螟O.scapulalis和刺菜秆野螟O.zealis)的线粒体全基因组数据,并结合1个已发布种,即酸模秆野螟O.palustralis线粒体基因组数据,对该属6个种的线粒体全基因组进行比较分析。结果表明,该属6个种的线粒体全基因组均为紧密的双链环状结构,并且均包含37个典型的线粒体编码基因和1个控制区,基因排列顺序完全相同。大多数蛋白编码基因以ATN类型密码子起始,以TAN类型密码子终止,而cox1基因以CGA作为起始密码子;cox1,cox2和nad5以不完整的密码子(T--)作为终止密码子。每个t RNA长度范围在65-71 bp之间,除trn S1基因由于缺少DHU臂而形成茎环结构外,其余21个t RNA基因均可以折叠成三叶草结构。rrn S与rrn L基因的长度和核苷酸组成相对保守。(2)控制区包含三个保守结构,第一个保守区位于rrn S基因下游,以‘TTAGA’结尾并引导一个Poly-T stretch结构(约25 bp);第二个保守区是一个微卫星(TA)n串联结构(约70 bp);第三个保守区位于trn M基因上游,由Poly-T stretch和Poly-A stretch组成的串联结构(约34 bp)。(3)核苷酸多样性分析发现,atp6和nad6基因具有较高的变异率和较弱的纯化选择,表明atp6和nad6基因在该属分类研究中可能更适合作为物种鉴定,也适合用作种下阶元种群遗传分化研究的候选分子标记。(4)基于本研究测定的秆野螟属5个种的线粒体基因组,并联合已公布的该属昆虫线粒体基因组数据重建该属的系统发育关系,结果表明内突秆野螟Ostrinia penitalis并非该属最早分化的基部分支物种,结果支持酸模秆野螟Ostrinia.palustralis位于系统发育树基部并与该属其他种互为姊妹群关系。第二种团内克什米尔螟与第三种团的关系较近。另外,系统发育结果支持第三种团的单系性,并支持豆秆野螟与欧洲玉米螟的姊妹群关系,表明二者较近的亲缘关系。二者聚为一个分支并与亚洲玉米螟形成姊妹群关系。(5)基于新疆伊犁地区与东北地区70个样本的COI,COII和Cytb基因构建ML和BI系统发育树和遗传距离分析,证实我国新疆伊犁地区为亚洲玉米螟与欧洲玉米螟的混生区。另外发现我国黑龙江省齐齐哈尔市、绥化市,内蒙古自治区扎兰屯市、满洲里市,吉林省公主岭市,天津蓟县均为两种玉米螟的混生区,以上研究结果提示我国两种玉米螟的混生区可能并非局限于我国新疆伊犁地区。(6)通过对亚洲玉米螟和欧洲玉米螟混生区样本的雄性外生殖器特征开展形态测量和比较形态学研究,结果表明两种玉米螟的爪形突中叶与侧叶的长度;抱器腹具刺区与无刺区长度等,在种内存在明显的个体变异,以上特征都极不稳定也不适合作为二者分种的可靠依据。对混生区两种玉米螟6个雄性外生殖器特征的主成分分析发现,同域分布不同种相较于异域同种的雄性外生殖器特征更加相似,可能是由于同域不同物种的趋同进化和异域同种的地理隔离导致。
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