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颖蜡蝉科Achillidae隶属于半翅目Hemiptera头喙亚目Auchenorrhyncha蜡蝉总科Fulgoroidea,是蜡蝉总科昆虫一个中等大小类群,世界性分布。全世界记录161属500余种,中国记录4族25属86种。颖蜡蝉若虫为植食性或腐食性,成虫为植食性,不少种类是农林业生产的重要害虫或潜在害虫,具有一定经济意义。目前,颖蜡蝉科昆虫在蜡蝉总科的系统演化以及该科的高级阶元间系统关系尚有疑问,而以往的系统发育研究中尚缺乏线粒体基因组数据对该问题进行探究。为了探索颖蜡蝉科的系统发育关系,本文对颖蜡蝉科昆虫的线粒体基因组进行了较系统的研究,包括DNA提取、测序、描述及比较分析;基于线粒体基因组数据,针对颖蜡蝉分类研究中存在的问题,围绕颖蜡蝉科系统演化地位探讨、单系性检验、系统发育关系重建、及高级分类体系构建等方面开展较深入的研究,以期为头喙亚目昆虫系统演化研究、农林害虫生物学、生态学研究、农林害虫种类鉴定及防控提供参考资料。主要研究内容及结果如下:1、颖蜡蝉科代表属种线粒体基因组描述(1)测定了40种颖蜡蝉的线粒体基因组分别代表颖蜡蝉科3族24属40种,族、属和种所占百分比依次为75%、96%和47%。详细描述了每种颖蜡蝉线粒体基因组的基本结构、核苷酸组成及密码子使用、蛋白质编码基因、RNA基因及非编码区。(2)明确了颖蜡蝉线粒体基因组特点基本结构:由37个基因组成。其中,N链编码14个(8个t RNA、4个PCG基因以及2个r RNA基因);J链编码23个基因(14个t RNA基因和9个PCG基因)。核苷酸组成及密码子使用:核苷酸组成和蛋白编码基因密码子使用频率呈现明显的AT偏向性。部分GCG和GGG密码子完全不参与氨基酸的编码。蛋白质编码基因密码子:起始密码子为ATN和GTG;终止密码子为完整的TAA和TAG或不完整的T和TA。RNA基因:t RNA基因反密码子未发生突变。除t RNASer(AGN)的二氢尿嘧啶(DHU)臂无法形成典型的茎环结构外,其余均可折叠成典型的三叶草形二级结构。核糖体大亚基RNA位于t RNALeu(CUN)和t RNAVal之间,核糖体小亚基RNA位于t RNAVal和控制区之间。非编码区:线粒体基因组中常包含几个或十几个非编码的基因间隔区,其中最大的非编码区位于sr RNA和t RNAIle之间,AT富集区,常含一定数目的重复序列。2、颖蜡蝉科线粒体基因组比较分析(1)基因组长度在14.8 kb-16.4 kb之间,主要由非编码区大小和数量决定,基因组大小差异在族、属和种间未表现出显著规律。(2)基因组成和排列方式稳定,未发现基因增加、缺失和重排。基因之间普遍存在短的间隔和重叠,如ATP8和ATP6基因之间重叠7 bp(ATGATAA)、ND6和Cyt B基因之间重叠8 bp(ATGTTTAA)和trn W和trn C基因之间重叠8 bp(AAGCCTTA,线乌颖蜡蝉Usnaa lineolalis除外),基因组这种重叠在族、属和种间表现出显著规律。(3)核苷酸AT含量在72.60%-78.80%之间。平均值在种间为76.24%;族间,罗颖蜡蝉族Rhotalini为77.5%,颖蜡蝉族Achilini为75.65%,菲颖蜡蝉族Plectoderini为74.81%。这种AT偏好性在族、属和种间表现出显著规律。(4)蛋白编码基因起始密码子ATN使用频率高于GTG,终止密码子完整的TAA、TAG高于不完整的T或TA。基因组蛋白编码基因密码子使用频率的差异在族、属和种间未表现出显著规律。(5)ND4L基因的进化速率最快,而Cyt B基因最为保守。罗颖蜡蝉族Rhotalini进化速率最高,而菲颖蜡蝉族Plectoderini进化速率最慢。蛋白基因进化速率的差异在族、属和种间未表现出显著规律。3、颖蜡蝉科系统演化地位的研究(1)蜡蝉总科参与分析的13个科分为两个大支系:飞虱科Delphacidae和菱蜡蝉科Cixiidae组成1个支系,位于系统发育树的根部;颖蜡蝉科Achilidae和蜡蝉总科的其余10个科(蜡蝉科Fulgoridae、袖蜡蝉科Derbidae、扁蜡蝉科Tropiduchidae、蛾蜡蝉科Flatidae、瓢蜡蝉科Issidae、蚁蜡蝉科Tettigometridae、广翅蜡蝉科Ricaniidae、娜蜡蝉科Nogodinidae、璐蜡蝉科Lophopidae和颜蜡蝉科Eurybrachidae)组成另1个支系。在这个大的支系中,颖蜡蝉科Achilidae(不含罗颖蜡蝉族Rhotalini)与袖蜡蝉科Derbidae和蜡蝉科Fulgoridae再组成1个分枝,而扁蜡蝉科Tropiduchidae、蛾蜡蝉科Flatidae、瓢蜡蝉科Issidae、蚁蜡蝉科Tettigometridae、广翅蜡蝉科Ricaniidae、娜蜡蝉科Nogodinidae、璐蜡蝉科Lophopidae和颜蜡蝉科Eurybrachidae则组成另1个分枝。(2)在蜡蝉总科中,颖蜡蝉科Achilidae(不含罗颖蜡蝉族Rhotalini)与袖蜡蝉科Derbidae+蜡蝉科Fulgoridae形成姐妹群关系,处于较原始的系统进化位置。(3)系统发育树显示,颖蜡蝉科Achilidae参与分析的12个属,分别形成3个稳定的分枝。但其中的1个分枝(代表罗颖蜡蝉族Rhotalini的罗颖蜡蝉属Rhotala和尔颖蜡蝉属Errada)并未与另外2个分枝聚在1个大的支系上。提示现有的颖蜡蝉科Achilidae可能是一个并系群,其单系性并未得到基于线粒体基因组数据的支持。4、颖蜡蝉科系统发育研究(1)支持颖蜡蝉科Achilidae中罗颖蜡蝉族Rhotalini、颖蜡蝉族Achilini和菲颖蜡蝉族Plectoderini的单系性。(2)罗颖蜡蝉族Rhotalini是最原始类群;菲颖蜡蝉族Plectoderini是最进化的类群。(3)支持罗颖蜡蝉属Rhotala、广颖蜡蝉属Catonidia、德颖蜡蝉属Deferunda、马颖蜡蝉属Magadha和栲颖蜡蝉属Kosalya的单系性。(4)罗颖蜡蝉属Rhotala+尔颖蜡蝉属Errada、广颖蜡蝉属Catonidia+拟广颖蜡蝉属Paracatonidia、凹颖蜡蝉属Tegulaconcavus+哈颖蜡蝉属Hamba、盾颖蜡蝉属Peltatavertexalis+丝颖蜡蝉属Spino、苯颖蜡蝉属Phenelia+马颖蜡蝉属Magadha以及贝颖蜡蝉属Betatropis+半颖蜡蝉属Semibetatropis互为姐妹群关系。