直翅目昆虫线粒体控制区结构与分子进化模式

线粒体控制区是多数动物线粒体基因组中唯一的大段非编码区，与线粒体基因组的复制与转录调控相关。我们对昆虫线粒体控制区的组织结构特点和分子进化模式认识十分有限。线粒体控制区的组织结构模式是否具有类群特异性？哪些具体区域参与了线粒体基因组复制与转录调控？前期我们发现，直翅目疑钩额螽线粒体控制区长度仅70 bp，它是否可以代表直翅目昆虫线粒体控制区最简洁形式？还是与相邻基因共享着部分碱基序列？线粒体控制区高变的特点在昆虫分子进化研究中的意义？本项目通过在直翅目各类群中代表性地选择100 余种昆虫（每种平均5个个体），对其线粒体控制区进行测定。通过对所获得的控制区序列进行比较分析，揭示直翅目昆虫线粒体控制区的组织结构特点与分子进化模式；发现一些与其调控功能相关的保守序列模块及二级结构单元；并在此基础上，探讨线粒体控制区序列在直翅目昆虫群体遗传结构、种群分化和近源种间系统发育研究中的应用价值。

项目执行过程中，我们先后赴云南、广西、海南、四川、贵州、浙江、西藏等省区进行了实验材料收集。种内及近缘种间线粒体DNA控制区研究主要包括：①斑翅草螽Conocephalus maculates 9个地理群体线粒体DNA控制区序列变异及遗传多样性分析，并以同属的长瓣草螽C. gladiatus、峨眉草螽C. emeiensis、悦鸣草螽C. melaenus及竹草螽C. bambusanus为外群，对斑翅草螽种群遗传结构进行了研究；②5种蝈螽属Gampsocleis昆虫，暗褐蝈螽G. sedakovii、优雅蝈螽G. gratiosa、中华蝈螽G. sinensis、乌苏里蝈螽G. ussuriensis和隆线蝈螽G. carinata的线粒体DNA控制区比较研究；上述研究结果表明：由于线粒体DNA控制区序列进化速率较快，在群体遗传结构、种群分化与近缘种间系统发育关系研究中具有很好的应用前景。关于高级阶元间线粒体DNA控制区比较研究，我们测定并比较了近百种直翅目昆虫线粒体DNA控制区序列，发现直翅目两亚目的线粒体DNA控制区表现出不同的结构特点，蝗亚目具有一个保守的5′端侧翼序列为“TTATA”、茎区>15bp的茎-环结构；但螽亚目则具有“(TA)n” 和“poly-A”结构；此外，我们还对原螽总科Tarragoilus diuturnus、螽斯总科纺织娘Mecopoda elongate、日本纺织娘M. niponensis、斑腿栖螽Xizicus fascipes、日本似织螽Hexacentrus japonicas线粒体基因组全序列进行了测定和分析，并对原螽总科在螽亚目中的系统学地位研究发现：原螽总科T. diuturnus与驼螽总科Troglophilus neglectus形成一个单系分枝，该分枝与螽斯总科呈姊妹群关系。利用线粒体cox1和cytb基因片段对草螽亚科9属35种（广布种包括多个地理种群样本）的DNA条形码研究表明：线粒体cox1和cytb都可作为草螽亚科物种鉴定的理想分子标记，但所获得的线粒体cox1和cytb序列中均存在不易察觉的Numt序列。为保证基于DNA条形码技术的物种鉴定准确率，建议将线粒体cytb作为备用靶标基因使用。目前发表学术论文7篇，其中SCI论文3篇，国内核心刊物论文4篇；6名研究生先后参与了本项目的研究工作，并毕业3名。