昆虫的线粒体和遗传多样性
龟瓢虫（鞘翅目：瓢虫科）线粒体基因组全序列测定与分析
·1317·龟瓢虫（鞘翅目：瓢虫科）线粒体基因组全序列测定与分析张永科1，2，张利娟3，卢迎春4，何霞红1，5，张宏瑞1*（1云南农业大学植物保护学院，云南昆明650201；2云南省热带作物科学研究所，云南景洪666100；3河南农业大学植物保护学院，河南郑州450002；4云南农业大学继续教育学院，云南昆明650201；5西南林业大学/西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室，云南昆明650224）摘要：【目的】明确龟瓢虫［Epiverta chelonia（Mader，1933）］线粒体基因组结构特征，分析其系统发育关系，为龟瓢虫的起源、分化和遗传多样性研究提供数据支持。
【方法】利用Illumina二代测序技术测定龟瓢虫线粒体基因组，对基因组序列进行注释和分析；基于瓢虫科（Coccinellidae）3亚科［食植瓢虫亚科（Epilachninae）、瓢虫亚科（Coccinelli-nae）和小毛瓢虫亚科（Scymninae）］11种昆虫的线粒体基因组13个蛋白编码基因（Protein-coding genes，PCGs），采用最大似然法和贝叶斯法构建系统发育进化树。
【结果】龟瓢虫线粒体基因组全长17347bp，包含37个基因（13个PCGs、22个tRNA基因和2个rRNA基因）和1个非编码的控制区，基因重叠区域共11处，间隔区域共9处。
基因组拥有鞘翅目昆虫典型线粒体基因组的基因组成和排列顺序，AT含量为75.77%，表现明显的AT偏向性。
13个PCGs中除cox1基因以TTG为起始密码子外，其余均以ATN为起始密码子；nad1和nad3基因以TAG为终止密码子，其余11个基因以TAA为终止密码子。
除trnS1基因外，其余21个tRNA的二级结构均为典型的三叶草结构，二级结构中出现少量的G-U碱基错配现象。
系统发育进化分析结果表明，龟瓢虫与苜蓿瓢虫（Subcoccinella vigintiquatuorpunctata）处于同一分支上。
实验动物遗传学和微生物学的分类
实验动物遗传学和微生物学的分类实验动物遗传学和微生物学是生物学研究的两个重要分支，它们都通过对生物体内基因和微生物微小生物的研究来阐明生物发育和进化的机制，但它们的研究对象和方法略有不同，下面会就分类、研究对象和方法分别进行介绍。
实验动物遗传学分类实验动物遗传学是以实验动物为研究对象的遗传学分支，根据实验动物的不同，可分为哺乳动物实验动物遗传学、昆虫实验动物遗传学、线虫实验动物遗传学、草履虫实验动物遗传学等。
哺乳动物实验动物遗传学哺乳动物实验动物遗传学是实验动物遗传学研究最为广泛和深入的领域，包括小鼠、大鼠、斑马鱼、福寿鱼、豚鼠、猿类等常用的实验动物。
哺乳动物实验动物遗传学的研究对象主要是哺乳动物基因变异与表达的调控，通过对哺乳动物的人工选择、遗传交叉等实验方式，探究基因之间的交互关系和不同基因对生物体产生的影响，从而深入了解细胞、组织甚至整个生物体的发育、生长、代谢和繁殖等生命现象。
昆虫实验动物遗传学昆虫实验动物遗传学主要研究昆虫的遗传发育，如果蝇、蚕、蜂、蜘蛛等，通过对实验室产生的昆虫种群进行种内交配和种间杂交，培育出平衡群体，观察群体的遗传变异、表型分析、杂交后代的染色体组成分析等手段，来研究昆虫遗传变异和表型多样性形成的原因和机制。
线虫实验动物遗传学线虫实验动物遗传学是一种以小型线虫——秀丽隐杆线虫（简称秀丽线虫）为研究对象的实验动物研究方法。
秀丽线虫体积小、生殖周期短、体内基因数量简单，可以在短时间内进行大量的实验。
研究人员可以通过对秀丽线虫进行遗传交叉、转基因方式进行功能分析、基因定位等手段，从而探究其基因与表型的关系，为人们了解多种遗传疾病的引起机制和获得更多生物学基础知识提供了帮助。
草履虫实验动物遗传学草履虫实验动物遗传学是以单细胞草履虫为研究对象的一种实验动物遗传学研究，草履虫具有数量丰富的基因、显著的细胞核生物学特征、种类繁多、细胞特异性小等优点，使其成为基因编辑、转录组学等方面的理想模型。
昆虫分子鉴定技术简介
DNA条形码技术在昆虫学中的应用
在昆虫生态学中的应用
推断气候变化对昆虫的影响：如通过形态结合 DNA 条形码的方法调查20 世纪中期及
其50～70 年后加拿大极地Churchill地区的一些寄生蜂的多样性，并比较这两个时期的物种多 样性的改变，结果发现在这50～70年间，这些地区的物种组成确实随着温度的升高发生了显 著的变化。
昆虫已命名100多万种，占动物界已知种类的2/3。
一、昆虫主要的分子鉴定技术
1、分子鉴定技术的必要性
由于经典分类学方法具有局限性 （专业技术要求高，相对专一性），很 难同时有效地对某一个地区某一个项目 或某一次大型考察所得到的全部生物样 本进行鉴定与记录。
对形态学分类固有的缺陷，如表型 可塑性和遗传可变性，无法鉴定隐存分 类单元和不同发育阶段的昆虫。
2007年5月，加拿大圭尔夫大学正式筹建生命条形码数据库系统(Barco也包括完整的物种描述、地理分布信息、标本图片等。
DNA条形码技术在昆虫学中的应用
已经开展的昆虫 DNA 条形码计划
DN的A相条最互基区形本别的和码用新途物技就种术是的物发在种现间。昆虫学中的应用
DNA 序列比对与分析
距离法
距离法是通过计算物种间的遗传距离来鉴定物种，根据条形码间隙的概念， 即种内遗传距离和种间遗传距离之间应存在一个距离间隙，或通过定义一个能区 分种内、种间遗传距离的阈值，将未知物种鉴定为已知物种或定义为新种。
TaxonDNA是基于遗传距离分析条形码鉴定效率的程序（评价方法：最佳匹配方法 （BM）和基于阈值的最佳匹配方法（BCM））。通常基于K-2-P模型进行计算。BM方法的 常会导致假阳性的错误鉴定；BCM有所改进，该方法先对数据库中的序列进行统 计分析，得出一个相似性的阈值，即与未知序列遗传距离最小且在阈值范围内的 数据库中的物种为鉴定成功的物种。
长角亚目分子系统学研究(昆虫纲：双翅目)
长角亚目分子系统学研究（昆虫纲：双翅目）长角亚目是双翅目中的原始类群,包括常见的卫生害虫和一些重要的农作物害虫。
长角亚目常被认为是一个并系类群,其系统发育关系也一直存在争议。
长角亚目次目间的系统发育很混乱,部分科的系统位置也有争议。
因此,开展长角亚目系统发育关系的研究对于认识该类群乃至整个双翅目的系统发育与进化历史都具有十分重要的意义。
随着测序技术的发展,转录组测序作为一种高效、快捷的测序方法,推动着以大数据为基础的昆虫系统发育研究。
同时,线粒体基因组由于其基因保守、母系遗传等特点在系统发育研究、遗传多样性、物种鉴定和生物地理学方面一直具有重要作用。
目前,大量的昆虫的线粒体基因组被测定,它们被广泛应用于系统发育研究中。
本论文对长角亚目3科昆虫的转录组进行测序和分析。
此外,还对长角亚目昆虫的线粒体基因组进行了测序工作,共测定了 17科昆虫的线粒体基因组序列,获得了大量线粒体基因组数据。
在此基础上,结合已公布的转录组和线粒体基因组序列,对长角亚目昆虫系统发育关系进行了深入研究。
主要结果如下:(1)测得了长角亚目3种转录组及20种线粒体基因组序列,得到大量数据,并分别做了相关分析。
其中多个科的序列为首次测得,如3科的转录组序列以及窗大蚊科、烛大蚊科、蛙蠓科、奇蚋科、幽蚊科、网蚊科、拟网蚊科、缨翅蚊科、毛蚊科和极蚊科等的线粒体基因组序列。
(2)利用全转录组数据和部分功能基因组数据对长角亚目系统发育关系进行对比研究,结果表明,部分功能基因组对研究系统发育关系具有重要作用,但还需深入挖掘其潜在的系统发育信号,目前全转录组为研究系统发育的最有效手段。
利用"涉及翅的生物学过程"相关基因的分析结果与全转录组的分析结果基本一致,次目间的系统发育关系均为:蚊次目+(大蚊次目+(蛾蚋次目+(毛蚊次目+短角亚目)))。
(3)线粒体基因组的碱基异质性等缺陷影响了长角亚目系统发育树的拓扑结构。
同质模型下,利用全线粒体基因序列构建系统发育关系时,无论是贝叶斯法还是最大似然法都无法得出可信的系统发育关系树。
中国大陆杂色山雀遗传多样性
辽宁大学学报自然科学版第40卷第3期2013年J O U R N A L O F L I A oN I N G U NⅣE R s nYN at u r al Sci ences E出t i onV0l。
40N o．32013中国大陆杂色山雀遗传多样性万冬梅+，鞠静，蔡碉，张雷，李东来(辽宁大学生命科学院辽宁省动物资源与疫病防治重点实验室，辽宁沈阳110036)摘要：使用线粒体控制1爰(529bp)和核基因(9个微卫星位点)作为分子标记对杂色山雀(Parus var i us)在中国大陆8个分布地的70个体进行遗传多样性研究．在所有样本线粒体控制区序列中共识别出10个单倍型，整体核苷酸多样性(Pi)为0．00176；单倍型多样性(H a)为0．533；平均核苷酸差异数(k)为0．892．在线粒体水平上，杂色山雀中国大陆种群处于线粒体D N A多态性较低的范围内，遗传多样性较低．微卫星数据显示，70个样本在9个微卫星位点上的多态信息含量(P／C)为0．305～0．863，平均多态信息含量为0．755±0．1720；8个分布地样本各自平均等位基因个数(置)在1．4±O．53—9．4．4-2．46之间，平均期望杂合度(^k)在0．4444-0．5270～o．∞8±o'1929之间，平均多态信息含量在0．167±O．1976—0．738±0．1634之间．在核基因水平上，杂色山雀中国大陆种群遗传信息丰富，遗传多样性较高．基于线粒体控制区序列构建的系统进化树显示中国大陆地区杂色山雀指名亚种8个分布地样本混杂在一起；样本间的遗传分化指数Fst为0．0119，基因交流值为3．82．样本中的大部分变异是来自种群内且这种变异达到遗传分化的显著性水平，显示了中国大陆杂色山雀指名亚种8个分布地样本为一个地理种群．错配分布图以及中性检验结果显示中国大陆杂色山雀在过去的发展历程中发生过扩张事件．对于中国大陆地区杂色山雀的保护，应该将其作为一个进化显著单元进行保护．关键词：杂色山雀；线粒体D N A(D—l oop)；微卫星标记；遗传多样性中圈分类号：Q958文献标志码：A文章编号：1000-5846(2013)03-0249—11G enet i c D i ver si t y of Par us var i us i n M ai nl and of C hi naW A N D ong—m e i’，J U J i ng，C A I Y ue，Z H A N G L ei，L I D ong-l a i (K ey Labor a t or y of A ni m al R esource and Epi dem i c D i s e as e P r e vent i on，D e par t m ent of Li f e Sc i enc es，L i a oni ng U ni ve r si t y，Shenyang110036，C hi na)A bs t r act：T he l evel of genet i c di ver s i t y of speci al spe ci es i s vi t al t o i t s evol ut i onar y pot ent i al and ada pt at i on t o envi r onm ent change．To quant i f y t he genet i c di ver s i t y of Par us va r i us，w e exam i ned var i at i ons i n m i t ochondr i a l D N A(m t D N A)cont r ol r egi on(529bp)i n70i ndi vi dual s f rom8r epr ese nt at i ve di s t ri but i ons t hr oughout t he spec i e s’r a nge i n C hi na．I n addi t i on，al l i ndi vi dual s w er e genot yped w i t h9m i c r os am l l i m l oci．T e n ha pl ot ype s w ere de f i ned by14var i abl e收稿日期：2013一04一17基金项目：国家自然科学基金项目(31071927，30670288)作者简介：冬梅(1969一)，女。
昆虫生态学研究的理论与方法
昆虫生态学研究的理论与方法昆虫是地球上最为多样化和数量最为庞大的动物群体之一，占据着地球生物大部分的物种数和生物量，是地球生态系统中最重要的组成部分之一。
昆虫在生态系统中的作用复杂多样，不仅可以作为食物链的下层生物，同时也具有调节生态系统中物种相对数量和生态过程的功能。
因此，了解昆虫的生态特性对于维护和保护生态系统具有重要的意义。
昆虫生态学是生态学的一个重要分支，主要研究昆虫与其所在生态系统之间的相互作用与关系。
它包括昆虫的生态适应性研究、昆虫生态位与群落结构分析、昆虫的死亡与衰退机制研究、昆虫与其他生物之间的相互作用研究等方面，是了解昆虫在生态系统中的作用与功能的必经之路。
昆虫的生态适应性研究是昆虫生态学的重要内容之一，它主要研究昆虫如何适应所在的生态环境。
昆虫在不同的生态环境中所面对的压力和适应机制不同，因此其生存策略和生活史特征也具有明显的差异。
例如，高山昆虫和热带昆虫面临的生态环境差异巨大，它们的适应机制也不尽相同。
高山昆虫一般生活在寒冷、低氧、高紫外线辐射等恶劣环境下，为应对这些环境，它们在形态、生理和行为上都具有适应性特征。
例如，它们体型较小，表面积较大，便于散热和保温；肌肉组织具有更多的线粒体，可以更有效地产生能量；行为上也具有特殊的适应性，例如喜欢在日间躲在石缝中避免太阳的直射等。
热带昆虫则面临不同的挑战，它们生活在高温、湿度较大且光照充足的环境中，为应对这些环境，它们也具有特殊的适应性特征。
例如，它们原生重量较小，营养需求较低，可以利用较少的能量生存；它们喜欢在树下根部等阴暗的地方生活，可以避免过度暴露在阳光下等。
昆虫生态位与群落结构分析则是昆虫生态学的另一个重要研究内容。
昆虫在生态系统中的生存和发展依赖于自身所处的生态位，同时也会对所处的生态位产生影响。
群落则是多种生物种类在特定生态环境下所形成的生态系统，昆虫在群落中具有重要的作用，它们不仅是食物链中的上下层生物，还可以影响群落的稳定性和物种多样性。
昆虫的群体遗传学昆虫种群遗传结构和基因流的研究
昆虫的群体遗传学昆虫种群遗传结构和基因流的研究昆虫的群体遗传学：昆虫种群遗传结构和基因流的研究摘要：昆虫是地球上数量最多、种类最丰富的生物群体之一。
昆虫的群体遗传学研究对于了解昆虫种群的遗传结构和基因流具有重要意义。
本文将介绍昆虫群体遗传学的概念和研究方法，并通过具体案例阐述昆虫群体遗传学在农业、生态学和环境保护等领域的应用。
引言：昆虫是地球上最为丰富和多样化的生物群体之一，广泛分布于各种生态系统中。
昆虫的数量庞大和独特的生物学特性使得它们成为群体遗传学研究的理想模型。
昆虫群体遗传学主要关注昆虫种群内部遗传结构的形成及其对基因流的影响。
本文将探讨昆虫群体遗传学的研究方法和应用。
一、群体遗传学概述群体遗传学是遗传学的一个重要分支，主要研究群体内部基因频率的变化和遗传多样性。
在昆虫群体遗传学中，研究者通常借助遗传标记和分子遗传学技术来探究群体的遗传结构和基因流。
二、昆虫群体遗传结构的研究方法（一）遗传标记的选择昆虫群体遗传学研究中常用的遗传标记包括微卫星标记、线粒体DNA标记和SNP标记等。
这些标记通常能够提供足够的变异性，用于揭示群体内部的基因流动态和遗传结构。
（二）遗传多样性的评估通过对昆虫个体的基因型进行测定，可以计算出群体内部的遗传多样性参数，如硬臂度、平均杂合度等。
这些参数可以反映群体内部的基因流程度和群体遗传结构。
（三）群体遗传结构的分析群体遗传结构通常通过群体遗传分化系数Fst来评估。
Fst值越高，说明群体间的遗传差异越大；反之，Fst值越低，说明群体间的遗传差异越小。
三、昆虫群体遗传学的应用（一）农业领域昆虫群体遗传学在农业领域的应用主要涉及农作物的种质资源保护和昆虫害虫的防控。
通过研究农作物内昆虫种群的遗传结构，可以为种质资源的保护和利用提供重要参考。
同时，了解昆虫害虫的遗传结构和基因流动态，有助于制定针对性的防控策略。
（二）生态学研究昆虫群体遗传学研究在生态学领域有着广泛的应用。
昆虫的遗传与进化
昆虫的遗传与进化昆虫是地球上最为丰富多样的生物之一，其数量众多，种类繁多。
昆虫的遗传与进化研究是一个重要的领域，对于了解昆虫的演化历程、群体遗传结构、适应性及进化机制等具有重要意义。
一、昆虫的遗传多样性昆虫的遗传多样性体现在两个方面：种类多样性和个体多样性。
在种类多样性方面，昆虫的物种数量约为一百万种以上，这些物种展现出了丰富的形态、生态以及行为差异。
在个体多样性方面，昆虫个体之间存在着不同的基因组组合和遗传变异，这些变异会对个体的表现型产生显著影响。
二、昆虫的遗传基础昆虫的遗传基础主要由染色体和基因组成。
大多数昆虫拥有多个染色体，其中包含有线粒体DNA和核DNA。
线粒体DNA受到较少的重组和突变影响，可用于物种的进化关系研究。
核DNA则是昆虫遗传多样性的主要来源，其中包含了控制昆虫身体特征和适应性的多个基因。
三、昆虫的遗传变异昆虫的遗传变异主要由基因突变和基因重组引起。
基因突变包括点突变、插入突变、删除突变等，这些突变会导致昆虫个体的基因组发生变化。
基因重组则是指在有性生殖过程中，染色体的重组组合，使得新的遗传组合出现。
四、昆虫的遗传演化昆虫的遗传演化是由基因型到表现型的过程。
在自然选择的作用下，个体的基因型会在适应性方面发生变化，从而使其表现型更加适应环境。
适应性较强的表现型会在繁殖中得到更多的机会，从而将其优势基因传递给下一代。
这种适应性的积累和传递就是昆虫的遗传演化。
五、昆虫的群体遗传结构昆虫个体之间存在有基因流动和基因漂变的现象，这将导致昆虫群体遗传结构的变化。
基因流动指的是不同个体之间的基因交换；基因漂变则是指随机因素引起的基因频率的变化。
这些因素会影响昆虫群体的遗传多样性和种群结构。
六、昆虫的进化机制昆虫的进化机制主要包括自然选择、突变、基因流动和基因漂变。
自然选择是指根据环境的选择压力，某些适应性较强的个体能够更好地适应环境并繁殖下一代。
突变提供了基因的新变异，为进化提供了遗传的物质基础。
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昆虫的线粒体和遗传多样性昆虫是地球上最为丰富多样的生物群体之一，它们的线粒体和遗传多样性在科学研究和保护生态系统方面具有重要意义。
本文将深入探讨昆虫线粒体的结构与功能，以及线粒体基因组在昆虫遗传多样性中的作用。
一、昆虫线粒体的结构与功能
线粒体是细胞中的一个重要细胞器，对各种生命活动发挥着至关重要的作用。
而在昆虫中，线粒体具有独特的特征和功能。
1. 线粒体结构
昆虫线粒体是一种独立的细胞器，由双层膜结构组成。
线粒体的外膜起着维持线粒体结构的保护作用，内膜则形成了许多褶皱，称为线粒体内膜。
线粒体内膜上有许多小突起，称为线粒体内膜结突。
线粒体结突的存在增加了线粒体内膜的表面积，有利于线粒体内部各种酶的活性。
2. 线粒体功能
线粒体在细胞代谢中起着重要的作用，主要包括三个方面的功能。
首先，线粒体是能量生产的主要场所，通过呼吸链产生大量的三磷酸腺苷（ATP），为昆虫提供能量。
其次，线粒体参与细胞的钙离子调节，对于细胞内钙离子浓度的平衡具有重要作用。
最后，线粒体还参与了细胞的凋亡和老化等重要生理过程。
二、昆虫线粒体基因组的特点
与哺乳动物和植物相比，昆虫的线粒体基因组非常小而紧凑，具有
以下特点。
1. 大小和基因数量
昆虫线粒体基因组通常只有15-20千碱基对，远远小于哺乳动物和
植物的基因组。
同时，昆虫线粒体基因组中的基因数量也相对较少，
一般约有13个蛋白编码基因、22个转运RNA基因和2个核糖体RNA
基因。
2. 高度保守性
昆虫线粒体基因组中的大多数基因在不同物种间具有高度的保守性，即其序列在不同昆虫中相对稳定，变异较少。
这种高度保守性为研究
昆虫的亲缘关系和系统发育提供了重要的遗传标记。
三、昆虫遗传多样性与线粒体基因组
昆虫的遗传多样性主要包括种内遗传多样性和种间遗传多样性，而
线粒体基因组在遗传多样性的研究中具有重要的作用。
1. 种内遗传多样性
昆虫种内遗传多样性是指同一物种内个体间的遗传差异。
由于昆虫
线粒体基因组的高度保守性，可以利用其中的序列差异作为遗传标记
来研究种内个体的遗传关系和遗传多样性。
2. 种间遗传多样性
昆虫种间遗传多样性是指不同物种间的遗传差异。
由于昆虫线粒体基因组在不同物种中的序列差异较大，因此可以通过比较不同物种的线粒体基因组序列来研究昆虫的种属分类和系统发育。
综上所述，昆虫的线粒体和遗传多样性在生物学和生态学研究中具有重要的意义。
了解昆虫线粒体的结构和功能可以帮助我们更好地理解昆虫的生理特点和生命活动机制。
而昆虫线粒体基因组在昆虫遗传多样性的研究中发挥着重要的作用，为我们揭示昆虫种内和种间的遗传关系和进化历程提供了重要依据。
通过对昆虫线粒体和遗传多样性的深入研究，我们可以更好地保护和管理昆虫资源，促进生物多样性的保护和可持续发展。