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全变态类昆虫,即经历完全变态发育的昆虫,是陆生动物中进化最为成功的类群之一。全变态昆虫种类繁多,共有85万种以上,约占现生昆虫已知种类的80﹪,包括11个目。其中,鞘翅目、鳞翅目、双翅目和膜翅目是4个最大的类群,它们的种类占到全变态昆虫的97﹪,其余7个目,脉翅目,广翅目,蛇蛉目,毛翅目,长翅目,蚤目和捻翅目的物种数目较少。全变态昆虫庞大的物种数目及特殊的形态构造给系统发育研究带来了巨大的挑战。目前,全变态昆虫作为一个单系群已经得到形态学及分子生物学等方面证据的支持。另外,除长翅目外,其他全变态昆虫各目级分类群的单系性已基本得到了证实。然而,全变态昆虫各目级分类群间的系统学关系还一直存在许多争议。 为探讨全变态昆虫各目级分类群间的系统学关系,本文利用long PCR和分子克隆相结合的方法测得全变态类昆虫五个物种:阳彩臂金龟、致痒蚤、阔茎角石蛾、角石蛾、油茶地蜂的线粒体基因组序列。同时结合已知的全变态昆虫的相应序列数据,对它们线粒体基因组的基因组成和变异特点作了较详尽的分析。另外,基于线粒体基因组全序列数据,尝试运用分子系统学的分析方法探讨全变态昆虫主要分类群之间的系统发生关系,以期为全变态昆虫的系统进化研究提供新的基础资料和有价值的研究结果。 结果显示:阳彩臂金龟、致痒蚤、阔茎角石蛾、角石蛾、油茶地蜂线粒体基因组长度分别为17249bp、14883bp、15149bp、14369bp、14426bp。阳彩臂金龟包括13个蛋白质编码基因(ATP6,ATP8,COI-III,ND1-6, ND4L,Cytb)、22个tRNA基因、2个rRNA基因(lrRNA and srRNA)以及非编码的控制区;其他四个物种由于控制区附近序列未测得,缺少几个tRNA或完整的非编码控制区。阳彩臂金龟、致痒蚤、阔茎角石蛾、角石蛾四个物种线粒体基因组的基因排列顺序和方向与大部分全变态昆虫相一致,未出现基因重排或基因缺失现象,而油茶地蜂的2处tRNA发生了重排: tRNATrp_tRNACys_tRNATyr变为 tRNACys_tRNATyr_tRNATrp, tRNALys_tRNAAsp变为 tRNAAsp_tRNALys。并且油茶地蜂 tRNAArg的编码方向也发生了改变。 五个物种的绝大部分蛋白质编码基因都以标准的 ATN作为起始密码子,只有阳彩臂金龟的COI和ATP8基因分别以CGA和GTC作起始密码子;五个物种的终止密码子均为标准的终止密码子 TAA,TAG或不完全终止密码子T,TA。五个物种的线粒体基因间均有少量的间隔区和重叠区。间隔区个数5至16个,总长41 bp至110 bp;重叠区个数8至16个,总长29 bp至42 bp,除油茶地蜂因基因重排外,其他四个物种最长的重叠区均位于tRNATrp与tRNACys基因之间,都重叠8 bp。此外,ATP8与ATP6之间均重叠7个碱基(ATGATAA)。 昆虫线粒体基因组控制区部分由于含有较高的AT含量或串联重复结构而给序列测定工作带来一定难度,本研究中只有阳彩臂金龟的控制区部分完整测得。阳彩臂金龟的控制区全长2590 bp,这在鞘翅目昆虫可得线粒体基因组序列中仅次于星点甲虫Rhopaea magnicornis(2827 bp)。和大多其他昆虫相似,阳彩臂金龟控制区含有控制着基因转录并起始复制的五元素,除此之外还含有两个相邻的串联重复序列:10个88 bp的串联重复序列和2个153 bp的串联重复序列。 基于线粒体基因组13个蛋白质编码基因全序列数据,运用贝叶斯推论法(bayesian inference, BI)和最大似然法(maximum likelihood, ML)重建了全变态昆虫主要类群系统发生树。结果显示:4棵分子系统树中各目级分类群间的系统发生关系相同,而科级分类群间的系统学关系有所差异;全变态类昆虫各目除长翅目外都为单系群,雪蝎蛉科从长翅目种分离出来形成单独的一支;脉翅总目是一个并系群,其中,广翅目和脉翅目互为姊妹群,二者构成一个进化支,蛇蛉目为一个独立的进化支;长翅总目中,除雪蝎蛉科外的长翅目类群和双翅目类群互为姊妹群,鳞翅目、毛翅目和蚤目为三个独立的进化支;捻翅目处于系统树的基部,与全变态昆虫其他目亲缘关系较远。全变态昆虫主要类群间的系统发生关系为:(捻翅目+(膜翅目+(毛翅目+(蛇蛉目+(蚤目+(鳞翅目+(鞘翅目+((广翅目+脉翅目)+(雪蝎蛉科+(长翅目+双翅目))))))))))。