基于线粒体COI基因的农田金龟子DNA条形码研究

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金龟子是我国农林业生产中的重要害虫,其幼虫俗称蛴螬,是农田主要地下害虫。为了更好的防治地下害虫,准确将其分类鉴定是很有必要的。目前,形态特征鉴定是常用的方法,然而,形态学鉴定对于近缘种的鉴定比较困难,因此,探索新的方法弥补形态鉴定的不足显得尤为重要。随着分子生物学技术在昆虫分类中的广泛应用,为快速准确地鉴定金龟子提供了新方法。线粒体细胞色素C氧化酶Ⅰ亚基(mtDNA COI)基因是目前测序最多,结构和进化动力学研究比较清楚的基因之一,其结构相对保守,种间变异较大,能够提供丰富的系统发育信息,进行近缘种间的系统进化研究,以线粒体COI基因为基础的DNA条形码技术可以快速完成物种的鉴定。本研究利用两种不同的引物,即通用引物(L1490,H2198)与特异引物(Pat,Jerry)分别对四种常见金龟子线粒体细胞色素C氧化酶Ⅰ亚基(COI)基因片段序列进行扩增和测序,获得长度为689bp与775bp的序列。对测序结果进行遗传距离分析,并构建了四种金龟子系统进化树。结果表明,特异引物扩增序列的遗传距离在种内稳定性与与种间的差异性都明显优于通用引物扩增序列,利用特异引物扩增序列所构建的系统进化树最符合实际情况,因此利用特异引物扩增序列更能准确的对金龟子进行分类。从全国多个地区采集到的29种我国农田常见金龟子成虫,先对每种金龟子成虫进行准确的形态学鉴定,依据采集到的金龟子数量每种取1~3头,对每个样本COI序列扩增与测序,将所测得的序列利用软件分析,建立金龟子系统进化树,得出各个种类的金龟子之间的亲缘关系与进化地位,同时构建了金龟子COI序列库。对东北、华北和江南三种大黑鳃金龟进行了正反交的杂交试验,得到了F1代成虫,且能正常生活。并采用F1代自交的方法得到了F2代,表明F1代的雌雄虫具有正常的生殖力。试验还对这三种大黑鳃金龟的COI基因进行了测序分析,构建了系统进化树,发现这三种大黑鳃金龟的遗传距离相近,系统进化树显示东北、华北和江南三种大黑鳃金龟之间没有明显的差异,不能显著的区分开而暗黑鳃金龟的COI基因无论是从遗传距离上还是系统进化树上都与这三种大黑鳃金龟差异极显著。以上结果表明,东北、华北和江南大黑鳃金龟可能为同一物种的不同地理种群。从全国9个地区的花生田及蔬菜田等采集蛴螬,采集到的蛴螬先利用形态学进行初步鉴定,确定种类,再分别对每个地区采集到的蛴螬进行COI序列扩增与测序,利用所测COI序列与所有金龟子成虫COI序列进行遗传距离比较,分析每个样本的种类。结果表明,分子生物学鉴定和形态学鉴定基本吻合。通过这些实验说明利用COI序列进行金龟子成虫及其幼虫的鉴定是可行的。
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