常用基因序列在搖蚊科昆蟲系統(tǒng)發(fā)育研究中的應(yīng)用進(jìn)展

閆春財(cái)，郭 琴，趙廣君，戈昕宇，王新華，劉 婷

（1.天津師范大學(xué)a.生命科學(xué)學(xué)院，b.天津市動(dòng)植物抗性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387；2.南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津300071）

常用基因序列在搖蚊科昆蟲系統(tǒng)發(fā)育研究中的應(yīng)用進(jìn)展

閆春財(cái)1，郭 琴1，趙廣君1，戈昕宇1，王新華2，劉 婷1

（1.天津師范大學(xué)a.生命科學(xué)學(xué)院，b.天津市動(dòng)植物抗性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387；2.南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津300071）

搖蚊科隸屬于雙翅目長角亞目，現(xiàn)行分為11亞科.本文整理了常用核基因和線粒體基因在搖蚊科系統(tǒng)發(fā)育研究中的應(yīng)用情況：搖蚊科中的9亞科（不含智利搖蚊亞科和烏桑巴搖蚊亞科），除前寡角搖蚊亞科外，其余均為單系；直突搖蚊亞科與搖蚊亞科的親緣關(guān)系較近，寡脈搖蚊亞科與長足搖蚊亞科為姊妹群.在搖蚊亞科中，搖蚊族（Chironomini）、長跗搖蚊族（Tanytarsini）都是單系群.常用核基因和線粒體基因在搖蚊科昆蟲系統(tǒng)發(fā)育研究中，18SrDNA和28SrDNA適合研究從界到科所有高級(jí)階元的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，對(duì)于部分類群可以進(jìn)行屬間分析；CAD基因能較好地解決從亞科到屬之間各分類階元的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系；ITS和EF-1ɑ可以解決種或?qū)匍g的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系；COⅠ和COⅡ適合研究屬、種及種以下階元的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，但不能很好地解決較高的階元如族間、亞科以及科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系；16SrDNA適用于種、屬階元水平的系統(tǒng)學(xué)研究，但不適用于種內(nèi)；Cytb適合研究種內(nèi)到種間甚至科間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系.

搖蚊科；基因；分子標(biāo)記；分子系統(tǒng)學(xué)；系統(tǒng)發(fā)育

搖蚊科（Chironomidae）隸屬于昆蟲綱雙翅目長角亞目（Diptera：Nematocera），現(xiàn)行分類系統(tǒng)中該科分為11亞科，世界范圍內(nèi)約有2萬種，已記述種類超過5 000種.搖蚊科廣布于全球各大生物地理區(qū)域，即使在高山寒冷地帶，如喜馬拉雅山海拔5 600 m的地區(qū)仍有分布，某些種類在-16℃下仍能夠保持活躍狀

態(tài)[1].搖蚊體型微小至中型，成蟲口器退化，幼蟲生活在各類型水體中，是分布最廣、種類最多、生物量最大的淡水底棲動(dòng)物類群之一，同時(shí)也是重要的水體環(huán)境指示生物.在搖蚊的系統(tǒng)發(fā)育研究中，以往多采用形態(tài)學(xué)方法對(duì)種、屬進(jìn)行鑒定，但對(duì)于形態(tài)相近的物種，如搖蚊屬（Chironomus）的某些種，則需借助細(xì)胞遺傳學(xué)方法，如通過染色體數(shù)目與形態(tài)、帶型、組型、性染色體位置及染色體減數(shù)分裂行為模式等特征來鑒別昆蟲種類[2].雖然該方法在種屬鑒定上很有幫助，但在研究搖蚊科的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系上仍有不足，如無法通過染色體帶型及組型來確定外群，從而無法通過外群建立系統(tǒng)發(fā)育樹.而分子生物學(xué)方法能夠很好地解決這一問題，由于DNA序列中富含生物學(xué)信息，因此成為研究生物系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化規(guī)律的重要工具[3-4].

搖蚊科的系統(tǒng)發(fā)育研究始于1914年Goetghebuer[5]對(duì)搖蚊亞科（Chironominae）主要類群間系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的探討.1966年Brundin[6]首次報(bào)道了搖蚊種間水平的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系.此后，許多學(xué)者基于形態(tài)學(xué)研究了搖蚊科的多個(gè)類群[7-8].同傳統(tǒng)方法相比，基于分子的系統(tǒng)學(xué)研究能夠解決一些單純依靠形態(tài)特征無法解決的某些類群的分類地位，并能為分類學(xué)中的種類鑒定、親緣種及單系類群的識(shí)別提供簡便快捷的方法.目前常用的主要有核基因序列和線粒體基因序列，兩者在昆蟲系統(tǒng)發(fā)育的不同分類階元中各具優(yōu)勢(shì).

本文總結(jié)了常用核基因和線粒體基因在搖蚊科昆蟲系統(tǒng)發(fā)育研究中的應(yīng)用情況，整理了搖蚊科主要類群的演化和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，歸納出幾種常用核基因（18S rDNA、28S rDNA、ITS、EF-1ɑ、CAD、組蛋白H3基因）和線粒體基因（COⅠ、COⅡ、Cytb、16S rDNA）在搖蚊科昆蟲各分類階元中的適用范圍和應(yīng)用情況.

1 常用核糖體基因在搖蚊科昆蟲分子系統(tǒng)學(xué)上的應(yīng)用

1.1 18S rDNA

18S rDNA是真核生物染色體上編碼核糖體小亞基RNA的基因，在核糖體合成蛋白質(zhì)的過程中具有重要作用.由于其核酸序列和二級(jí)結(jié)構(gòu)具有高度保守性，因此被認(rèn)為比較適用于高級(jí)階元系統(tǒng)發(fā)育的研究，但其不同區(qū)域上的進(jìn)化速率不同，因此也適用于不同的分類層[8].如Cranston等[9]用18SrDNA、28SrDNA、CAD聯(lián)合COⅠ基因序列片段對(duì)岡瓦納大陸寡脈搖蚊亞科（Podonominae）（共15屬）中的13個(gè)屬進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析，采用貝葉斯法和最大似然法（ML）構(gòu)建的發(fā)育樹表明該亞科為單系，是長足搖蚊亞科（Tanypodinae）的姊妹群；如果把長足搖蚊屬（Trichotanypus）考慮在內(nèi)，寡脈搖蚊族（Podonomini）為單系；擬綠搖蚊屬（Parochlus）為單系，是 Podonomus屬的姐妹群；Podochlus屬為單系，是擬綠搖蚊屬和Podonomus屬的姐妹群；Afrochlus屬與Archaeochlus屬互為姊妹群. Cranston等[10]又利用文獻(xiàn)[9]中的基因片段對(duì)搖蚊科的9個(gè)亞科（不包括智利搖蚊亞科（Chilenomyiinae）和烏桑巴搖蚊亞科（Usambaromyiinae））的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)除前寡角搖蚊亞科（Prodiamesinae）外，其余亞科均為單系；似蠓搖蚊亞科（Buchonomyiinae）是所有亞科的姊妹群；南部的阿福羅搖蚊亞科（Aphroteniinae）是除了似蠓搖蚊亞科以外所有亞科的姊妹群；在寡角搖蚊亞科（Diamesinae）中，Heptagiini、Harrisonini與寡角搖蚊族（Diamesini）互為姐妹群；在長足搖蚊亞科（Tanypodinae）中，五脈搖蚊族（Pentaneurini）單獨(dú)形成一支；在直突搖蚊亞科（Orthocladiinae）中，直突搖蚊族（Orthocladiini）和中足搖蚊族（Metriocnemini）（不包括棒脈搖蚊屬（Corynoneura）和布搖蚊屬（Brillia））的分類地位也得到了支持.Martin等[11]利用2個(gè)線粒體基因和一個(gè)核基因18S rDNA對(duì)搖蚊亞科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果證實(shí)基于不同的分子標(biāo)記研究能夠解決不同階元的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系；拓?fù)鋵W(xué)結(jié)果顯示，該亞科主要分成兩大支，二叉搖蚊屬（Dicrotendipes）為這兩大支的姐妹群：一支由球附器搖蚊屬（Kiefferulus）、阿克西搖蚊屬（Axarus）、光搖蚊屬（Xestochironomus）、裸突搖蚊屬（Goeldichironomus）、李搖蚊屬（Lipiniella）及哈搖蚊屬復(fù)合體（Harnischia complex）構(gòu)成，屬間有較近的親緣關(guān)系；另一支由搖蚊屬（Chironomus）（包括Camptochironomus和Lobochironomus 2個(gè)亞屬在內(nèi)）、弱搖蚊屬（Baeotendipes）、恩菲搖蚊屬（Einfeldia）等聚在一起，親緣關(guān)系較近.

1.2 28S rDNA

28S rDNA是真核生物染色體上編碼核糖體大亞基RNA的基因，在進(jìn)化過程中比較保守，但變異性高于18SrDNA，其序列上含有D1～D12個(gè)高變區(qū).28SrDNA同18S rDNA一樣適合從界到科所有高級(jí)階元的系統(tǒng)發(fā)育研究，對(duì)于部分類群可以進(jìn)行屬間分析[12].如Allegrucci等[13]利用28S rDNA的D1和D3～D5基因片段對(duì)南極的搖蚊科（Chironomidae）15個(gè)類群之間的系統(tǒng)學(xué)關(guān)系進(jìn)行分析，最大簡約樹（MP）顯示，直突搖蚊亞科（Orthocladiinae）、搖蚊亞科（Chironominae）、濱海搖蚊亞科（Telmatogetoninae） 和寡脈搖蚊亞科（Podonominae）各分別聚為一支，這4個(gè)亞科很容易區(qū)

分，其中直突搖蚊亞科與搖蚊亞科的親緣關(guān)系較近.王茜等[14]利用28S rDNA的D1部分基因序列研究直突搖蚊亞科屬級(jí)階元的系統(tǒng)發(fā)育情況，基于距離臨近法（NJ）和MP法建立的系統(tǒng)發(fā)育樹如圖1所示.2種發(fā)育樹均表明，濱海搖蚊屬位于系統(tǒng)發(fā)育樹的基部，心突搖蚊屬和真開氏搖蚊屬互為姐妹群，流環(huán)足搖蚊屬和刀突搖蚊屬互為姐妹群.Huang等[15]基于28S rDNA的D1～D3、組蛋白H3的2個(gè)核基因序列以及COⅠ、Cytb 2個(gè)線粒體基因序列對(duì)海搖蚊屬（Pontomyia）4個(gè)已知種和1個(gè)未知種的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明，海搖蚊屬為單系；海生搖蚊（Pontomyia oceana）和Pontomyia pacifica形成一大支，有較近的親緣關(guān)系；形態(tài)上難以區(qū)分的2個(gè)種Pontomyia natans和Pontomyia cottoni聚在一起，支持率較高，無論是傳統(tǒng)方法還是基于分子生物學(xué)的方法都難以區(qū)分，因此將二者視為1種，Pontomyia cottoni被認(rèn)為是Pontomyia natans的次異名.

圖1 基于28S rDNA D1序列構(gòu)建的17種搖蚊系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系NJ和MP樹（引自文獻(xiàn)[14]）Fig.1 NJ and MP trees of 17 species of Chironomidae based on D1 region of 28S rDNA D1 sequence（cited from document[14]）

1.3 ITS

由18S、5.8S和28S rDNA構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄單元中有2個(gè)可變區(qū)，即核糖體內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)ITS1和ITS2，ITS1位于18S和5.8S rDNA之間，ITS2位于5.8S rDNA和28S rDNA之間.由于ITS為非編碼區(qū)，承受的選擇壓力較小，相對(duì)變化較大，并且能夠提供詳盡的系統(tǒng)學(xué)分析所需要的可遺傳性狀，因此可以解決種和屬間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系[16].如宗祖勝等[17]對(duì)我國南方某城市4座自來水廠沉淀池池壁上的搖蚊進(jìn)行采集，將樣品進(jìn)行ITS1序列的PCR擴(kuò)增和PCR-RFLP分析，采用最大簡約法構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹，結(jié)果表明，搖蚊的ITS1序列在種內(nèi)相當(dāng)保守，在種間表現(xiàn)出一定的差異性，因此搖蚊ITS1序列可以作為鑒別搖蚊物種的理想分子標(biāo)記之一.Sharma[18]基于核基因ITS1和ITS2序列對(duì)搖蚊的7個(gè)種（Thienemanniella xena、Xylotopus par、Tribelos fuscicorne、Robackia demeijerei、Xylotopus jucundum、Polypendilum aviceps和 Chironomus tentans）作了詳細(xì)分析，結(jié)合從基因庫中獲得的15個(gè)物種序列，研究顯示這些物種具有很高的種間變異，在歐洲分布的物種比在北美分布的物種更容易聚群；在進(jìn)化樹中較高的置信度和較短的聚類分枝能夠表明可能存在的各種聚群及快速分化的物種.Asari等[19]利用核糖體內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)ITS2對(duì)日本水搖蚊屬（Hydrobaenus）中的3個(gè)種，即Hydrobaenus kondoi、Hydrobaenus biwaquartus和Hydrobaenus kisosecundus進(jìn)行區(qū)分，基于ITS2的分子生物學(xué)方法很容易把Hydrobaenus biwaquartus與其他2個(gè)物種加以區(qū)分，這與形態(tài)學(xué)研究的結(jié)果一致；但不支持通過傳統(tǒng)方法（例如陽莖刺突、抱器端節(jié)的長度、觸角比、第九背板的形狀等）判定的Hydrobaenus kondoi、Hydrobaenus biwaquartus為同物異名的說法，可見ITS2對(duì)于水搖蚊屬（Hydrobaenus）中相近物種的區(qū)分能夠提供更加有用的信息.

ITS基因雖然可以用于搖蚊科物種的鑒別及系統(tǒng)發(fā)育分析，但由于該序列中A或T有較多的重復(fù)，從而會(huì)干擾測(cè)序，而且長度變化較大也可能會(huì)使序列的對(duì)齊產(chǎn)生誤差.

2 常用編碼蛋白的核基因在搖蚊科昆蟲分子系統(tǒng)學(xué)上的應(yīng)用

2.1 CAD

CAD是由3種參與從頭合成嘧啶核苷酸途徑的酶共同構(gòu)成的融合蛋白，3種酶分別為氨甲酰磷酸合成酶（CPS）、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATC）以及二氫乳清酸酶（DHO），其中CPS的基因片段長度約4 kb，含

遺傳信息最多[20-21].Silva等[22]利用CAD的部分序列結(jié)合形態(tài)學(xué)特征對(duì)拉布長足搖蚊屬（Labrundinia）（長足搖蚊亞科）中22個(gè)種的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)行了驗(yàn)證，與單獨(dú)利用CAD基因序列或者基于形態(tài)特征數(shù)據(jù)所做貝葉斯分析的結(jié)果基本相同，即拉布長足搖蚊屬為單系，有較高支持率；分子結(jié)合形態(tài)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的貝葉斯樹結(jié)果顯示，Labrundinia mayaca+L.paravirescens+L.jasoni+ L.paulae與L.semicurvata的親緣關(guān)系最近，僅L. mayaca+L.paravirescens 2個(gè)分枝的支持率較高，這些結(jié)果不同于僅用CAD基因序列分析得到的結(jié)論；此外，L.amandae+L.unicolor互為 L.reniformis+L. parareniformis的姐妹群.Andersen等[23]對(duì)一種來自克羅地亞980 m深處的雌性Troglocladius hajdi進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其部分形態(tài)特征類似于直突搖蚊族（Orthocladiini）和中足搖蚊族（Metriocnemini）中的一些類群，但僅憑傳統(tǒng)方法很難將其歸為任何一屬.基于分子標(biāo)記COⅠ、18S rDNA、28S rDNA、CADⅠ及CADⅣ分析該物種在直突搖蚊亞科（Orthocladiinae）中的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，采用貝葉斯法構(gòu)建系統(tǒng)樹，結(jié)果表明，Troglocladius hajdi沒有與直突搖蚊族中的環(huán)足搖蚊屬（Cricotopus）聚在一起，而與中足搖蚊族（Metriocnemini）中的特維搖蚊屬（Tvetenia）、心突搖蚊屬（Cardiocladius）、真開氏搖蚊屬（Eukiefferiella）聚在一起形成一大支，表明Troglocladius hajdi與這3個(gè)屬間有較近的親緣關(guān)系.

2.2 H3和EF-1ɑ

H3是一個(gè)編碼與染色體結(jié)構(gòu)形成有關(guān)的堿性蛋白質(zhì)的基因，其序列高度保守，可用于研究高級(jí)分類階元的系統(tǒng)發(fā)育；同時(shí)，其序列還存在進(jìn)化速率較快的間隔區(qū)，適于分析親緣關(guān)系較近的物種間的系統(tǒng)發(fā)育.因此H3可用于不同分類階元層次上的分子系統(tǒng)學(xué)研究.EF-1a是單拷貝基因，在蛋白質(zhì)翻譯過中具有重要作用，其第一、二密碼子高度保守，被看作有潛力研究高級(jí)分類階元系統(tǒng)發(fā)育的基因，而第三密碼子替換常常達(dá)到飽和，因此也可用其分析低階元的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系[24-26].

為了研究海搖蚊屬（Pontomyia）的系統(tǒng)進(jìn)化，Huang等[27]測(cè)定其28S rDNA D1～D3、H3兩個(gè)核基因序列以及COⅠ、Cytb兩個(gè)線粒體基因序列，以Chironomus tepperi、C.thummi和Tanytarsus allicis為外群，采用最大簡約法、最大似然法和貝葉斯法建立系統(tǒng)發(fā)育樹，結(jié)果均支持海搖蚊屬（Pontomyia）為單系.Ekrem等[28]分析了2個(gè)核基因（CAD、EF-1ɑ）和3個(gè)線粒體基因（COⅠ、COⅡ、16S rDNA）在搖蚊亞科（Chironominae）小突搖蚊屬（Micropsectra）、泉搖蚊屬（Krenopsectra）、擬長跗搖蚊屬（Paratanytarsus）和Parapsectra屬系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系中的效用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一些屬中COⅠ的系統(tǒng)學(xué)信號(hào)最弱，而CAD包含的信號(hào)最強(qiáng)；擬長跗搖蚊屬是單系群，支持率較低；另外，在一些物種中用高度可變的EF-1ɑ序列首次發(fā)現(xiàn)了雙翅目長角亞目的旁系同源基因拷貝.

3 常用線粒體基因在搖蚊科昆蟲分子系統(tǒng)學(xué)上的應(yīng)用

線粒體DNA在昆蟲系統(tǒng)發(fā)育研究中應(yīng)用廣泛，其中，細(xì)胞色素C氧化酶亞基Ⅰ（COⅠ）和亞基Ⅱ（COⅡ）的序列既保守又有足夠變異，是較好的分子標(biāo)記. 3.1 COⅠ

在搖蚊科的昆蟲系統(tǒng)學(xué)研究中，Krosch等[29]通過線粒體基因COⅠ和2個(gè)核基因28S rDNA、CAD對(duì)直突搖蚊亞科（Orthocladiinae）的系統(tǒng)學(xué)關(guān)系進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，擬開氏搖蚊屬（Parakiefferiella）單獨(dú)形成一支且較早地分離出來；真開氏搖蚊屬（Eukiefferiella）與心突搖蚊屬（Cardiocladius）、特維搖蚊屬（Tvetenia）聚在一起，說明3者有較近的親緣關(guān)系；Botryocladius（包括南美和澳大利亞種群）形成一個(gè)單系群；Anzacladius limnophyes與Ferringtonia patagonica形成姐妹群；南美的Echinocladius sp.與Naonella forsythia、Tonnoirocladius commensalis形成姐妹群.姜麗等[30]測(cè)定了搖蚊亞科（Chironominae）23個(gè)物種的線粒體COⅠ基因的部分序列，以環(huán)足搖蚊屬（Cricotopus）作為外群，采用鄰接法和最大簡約法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，結(jié)果表明，多足搖蚊屬復(fù)合體（Polypendilum complex）中的斑搖蚊屬（Stictochironomus）、明搖蚊屬（Phaenopsectra）、倒毛搖蚊屬（Microtendipes）和內(nèi)搖蚊屬（Endochironomus）聚在一支，親緣關(guān)系較近；狹搖蚊屬（Stenochironomus）單獨(dú)為一支；哈搖蚊屬群（Harnischia complex）僅有部分屬聚在一起；長跗搖蚊屬群（Tanytarsus complex）中大部分屬的親緣關(guān)系也較近.

COⅠ在物種界定和識(shí)別方面具有良好的應(yīng)用性，被視為DNA條形碼[31-32]，已證實(shí)在許多動(dòng)物類群中運(yùn)用該基因能夠成功鑒定到種級(jí)水平.如Silva等[33]利用條形碼技術(shù)結(jié)合形態(tài)學(xué)特征對(duì)巴西棒脈搖蚊屬（Corynoneura）中的14種86個(gè)樣本進(jìn)行了物種鑒定；Amora等[34]利用條形碼技術(shù)對(duì)形態(tài)相似的采自日本、韓國和巴西的搖蚊屬（Chironomus）類群進(jìn)行了物種鑒定.此外，DNA條形碼技術(shù)提高了搖蚊在水體生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估及環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用[35-36].如Ekrem等[37]利用DNA條碼技術(shù)調(diào)查了挪威中部自然保護(hù)區(qū)內(nèi)雌性搖

蚊在搖蚊生物多樣性方面所起的作用；Brodin等[38]評(píng)估了COⅠ基因在提高物種鑒定準(zhǔn)確率以及在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的有效性，如運(yùn)用DNA條形碼技術(shù)使波羅的海的搖蚊物種鑒定成功率提高了80%.很多研究集中在相對(duì)較小的類群以及形態(tài)分類較清晰的類群中.如Meier等[39]用二代測(cè)序技術(shù)分析了1 015個(gè)熱帶地區(qū)分布的搖蚊（490個(gè)幼蟲和525個(gè)成蟲）樣本；Lin等[40]使用不同的分析工具探究了長跗搖蚊屬（Tanytarsus）的2 790個(gè)DNA條形碼在物種鑒定上的意義.

3.2 COⅡ

Ekrem等[41]基于線粒體基因COⅡ分析了搖蚊科16屬屬級(jí)階元的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，采用最大簡約法和貝葉斯法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，貝葉斯分析與形態(tài)學(xué)的研究結(jié)果一致，除Corynocera ambigua和Tanytarsus gracilentus互為姊妹群外，其余各屬均為單系群，且得到很高的支持率；系統(tǒng)發(fā)育樹支持長跗搖蚊亞族（Tanytarsina）和刷毛搖蚊亞族（Zavreliina）這2個(gè)亞族分類地位的劃分.Stur等[42]用COⅡ結(jié)合形態(tài)學(xué)特征對(duì)小突搖蚊屬（Micropsectra）的部分物種進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析，最大簡約法和貝葉斯法分析均表明，Micropsectra pallidula、M.calcifontis、M.atrofasciata、M.sofiae和 M. schrankelae組成一個(gè)單系群，M.contracta和M.insignilobus、M.sofiae和M.schrankelae分別互為姐妹群.M.appendica和M.logani的雄性成蟲在形態(tài)上與M.atrofasciata很相似，但基于線粒體基因COⅡ的結(jié)果顯示并非同一物種.王茜等[43]利用部分COⅡ基因序列對(duì)直突搖蚊亞科（Orthocladiinae）的24屬30種搖蚊進(jìn)行了分子系統(tǒng)學(xué)研究，以Chironomus samoensis為外群，采用鄰接法和最小進(jìn)化法構(gòu)建的分子系統(tǒng)樹顯示，擬開氏搖蚊屬（Parakiefferiella）和克萊施密搖蚊屬（Krenosmittia）、偽直突搖蚊屬（Pseudorthocladius）和陸直突搖蚊屬（Georthocladius）各自互為姐妹群，這與形態(tài)學(xué)分析結(jié)果一致；毛突搖蚊屬（Chaetocladius）和直突搖蚊屬（Orthocladius）、擬環(huán)足搖蚊屬（Paracricotopus）和施密搖蚊屬（Smittia）、真開氏搖蚊屬（Eukiefferiella）和肛脊搖蚊屬（Mesosmittia）各自互為姐妹群，并得到較高支持率.

3.3 16S rDNA和Cytb

16S rDNA基因序列一級(jí)結(jié)構(gòu)比較保守，而二級(jí)結(jié)構(gòu)又表現(xiàn)出螺旋差異性，較適用于種、屬水平的系統(tǒng)學(xué)研究[44].細(xì)胞色素b基因（Cytb）已被證明在不同門類的不同分類階元中均含有親緣信號(hào)，其基因片段含有緩慢和快速進(jìn)化的密碼子位點(diǎn)、更保守區(qū)以及多個(gè)可變區(qū)或結(jié)構(gòu)域，由于其進(jìn)化速度適中，已被廣泛用于多樣性和系統(tǒng)發(fā)育的研究[45-47].

如Cranston等[48]基于線粒體16S rDNA基因的IV和V域，以蠓科（Ceratopogonidae）和蚋科（Simuliidae）種類作為外群，對(duì)澳大利亞地區(qū)的搖蚊科昆蟲作了系統(tǒng)發(fā)育分析.結(jié)果顯示：相對(duì)于分布在非洲的Archaeochlus和Afrochlus單系群而言，澳大利亞分布的Archaeochlus為單系，這與形態(tài)學(xué)分析一致；非洲分布的Archaeochlus是Afrochlus的姐妹群.Papoucheva等[49]測(cè)定了絲搖蚊屬（Sergentia）7個(gè)種的COⅠ和Cytb基因片段，其中5個(gè)是貝加爾湖特有種，用鄰接法和最大簡約法建樹. 2種方法的結(jié)果均支持絲搖蚊屬（Sergentia）的單系性及貝加爾湖種的特有性；NJ樹顯示，同S.baueri相比，Sergentia electa的親緣關(guān)系更接近貝加爾類群；S.nebulosa和S.assimilis為姊妹群，節(jié)點(diǎn)支持率為99%，S.baicalensis和S.flavodentata為姊妹群，但支持率僅為58%，S.affinis的地位沒有得到解決；MP樹中，S.baueri的親緣關(guān)系更接近貝加爾類群，S.affinis的分類地位也得到了解決.Carew等[50]利用2個(gè)線粒體基因COⅠ、Cytb和1個(gè)核基因CAD對(duì)來自澳大利亞南部的前突搖蚊屬（Procladius）類群中用傳統(tǒng)方法不易區(qū)分的物種進(jìn)行區(qū)分，前突搖蚊屬（Procladius）是檢測(cè)水體環(huán)境和污染狀況的優(yōu)良指示生物之一.基于線粒體基因的NJ樹表明，研究中采集到的前突搖蚊屬樣品至少包含5個(gè)類群，且支持率大于99%；而基于CAD的NJ樹顯示有6個(gè)類群，Procladius sp.沒有與Procladius paludicola聚在一起.

4 總結(jié)與展望

系統(tǒng)發(fā)育學(xué)主要研究物種形成及物種間的進(jìn)化關(guān)系.近年來，隨著分子生物技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是PCR技術(shù)的廣泛應(yīng)用，越來越多的學(xué)者把核基因及線粒體基因應(yīng)用在昆蟲系統(tǒng)發(fā)育研究中.由于單一基因片段所提供的系統(tǒng)學(xué)信息非常有限，據(jù)其構(gòu)建的進(jìn)化樹可信度低，因此許多研究都把核基因組序列和線粒體基因組序列結(jié)合起來開展聯(lián)合基因分析，便于更客觀、真實(shí)、科學(xué)地反映物種間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系[51].

搖蚊科昆蟲種類豐富，個(gè)體眾多，通過系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究，可以了解該科各分類群的進(jìn)化關(guān)系，解決一些有爭議物種的界定以及相關(guān)物種的生物地理分布.本文總結(jié)了常用核基因和線粒體基因在搖蚊科昆蟲系統(tǒng)發(fā)育研究中的國內(nèi)外研究概況，大致觀點(diǎn)為：搖蚊科中的9亞科（不含智利搖蚊亞科（Chilenomyiinae）和烏桑巴搖蚊亞科（Usambaromyiinae）），除前寡角搖蚊亞科（Prodiamesinae）外，其余亞科均為單系；寡脈搖

蚊亞科（Podonominae）與長足搖蚊亞科（Tanypodinae）為姊妹群，直突搖蚊亞科（Orthocladiinae）與搖蚊亞科（Chironominae）的親緣關(guān)系較近.在搖蚊亞科（Chironomidae）中，搖蚊族（Chironomini）和長跗搖蚊族（Tanytarsini）都是單系群，而在搖蚊族（Chironomini）中，搖蚊屬（Chironomus）、隱搖蚊屬（Cryptochironomus）、內(nèi)搖蚊屬（Endochironomus）和長跗搖蚊屬（Tanytarsus）均為單系；球附器搖蚊屬（Kiefferulus）、阿克西搖蚊屬（Axarus）、光搖蚊屬（Xestochironomus）、裸突搖蚊屬（Goeldichironomus）、李搖蚊屬（Lipiniella）及哈搖蚊屬復(fù)合體（Harnischia complex）有較近的親緣關(guān)系，此外搖蚊屬（Chironomus）（包括Camptochironomus和Lobochironomus這2個(gè)亞屬在內(nèi))、弱搖蚊屬（Baeotendipes）、恩菲搖蚊屬（Einfeldia）等聚在一起，親緣關(guān)系較近，弱搖蚊屬（Baeotendipes）與搖蚊屬（Chironomus）有較近的親緣關(guān)系；在長跗搖蚊族（Tanytarsin）中，擬長跗搖蚊屬（Paratanytarsus）、枝長跗搖蚊屬（Cladotanytarsus）是單系群.在直突搖蚊亞科（Orthocladiinae）中，直突搖蚊族（Orthocladiini）和中足搖蚊族（Metriocnemini）（不包括棒脈搖蚊屬（Corynoneura）和布搖蚊屬（Brillia））的分類地位也得到了支持；擬開氏搖蚊屬（Parakiefferiella）和克萊施密搖蚊屬（Krenosmittia）、偽直突搖蚊屬（Pseudorthocladius）和陸直突搖蚊屬（Georthocladius）、心突搖蚊屬（Cardiocladius）和真開氏搖蚊屬（Eukiefferiella）各自互為姊妹群，Belgica antarctica和Eretmoptera murphyi的分類地位與傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)的結(jié)果一致.在長足搖蚊亞科（Tanypodinae）中，大粗腹搖蚊族（Macropelopiini）、五脈搖蚊族（Pentaneurini）分別單獨(dú)形成一支，拉布長足搖蚊屬（Labrundinia）、大粗腹搖蚊屬（Macropelopia）和扎長足搖蚊屬（Zavrelimyia）均為單系.在寡角搖蚊亞科（Diamesinae)中，Heptagiini與寡角搖蚊族（Diamesini）互為姐妹群.對(duì)現(xiàn)有研究進(jìn)行總結(jié)可以看出，搖蚊亞科（Chironomidae)、直突搖蚊亞科（Orthocladiinae）、長足搖蚊亞科（Tanypodinae）等的研究較多，而智利搖蚊亞科（Chilenomyiinae)、烏桑巴搖蚊亞科（Usambaromyiinae）、阿福羅搖蚊亞科（Aphroteniinae）等的研究則相對(duì)薄弱，將會(huì)是后續(xù)研究的重點(diǎn).

在搖蚊科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系研究中，18S rDNA和28S rDNA適合從界到科的所有高級(jí)階元，對(duì)于部分類群可以進(jìn)行屬間分析；CAD基因能較好地解決從亞科到屬之間各分類階元的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，ITS和EF-1ɑ可以解決種或?qū)匍g的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系；COⅠ、COⅡ適合研究屬、種及種下階元的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，但不能很好地解決較高的階元，如族間、亞科以及科的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系；16S rDNA適用于種、屬階元水平的系統(tǒng)學(xué)研究，但不適用于種內(nèi)；Cytb適合研究種內(nèi)到種間甚至科間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系.使用單個(gè)基因研究搖蚊科系統(tǒng)發(fā)育的研究較少，更多的是多個(gè)基因的聯(lián)合使用（核基因的聯(lián)合、線粒體基因的聯(lián)合或者核基因結(jié)合線粒體基因）.對(duì)于同一類群，采用不同基因序列可能會(huì)得到不同的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系結(jié)果，出現(xiàn)基因樹沖突等問題，而系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)的建立對(duì)于解決基因樹的沖突能夠提供有力幫助.

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（責(zé)任編校 紀(jì)翠榮）

Application progress of common genes in the phylogenetic studies of Chironomidae

YAN Chuncai1，GUO Qin1，ZHAO Guangjun1，GE Xinyu1，WANG Xinhua2，LIU Ting1
（1a.College of Life Sciences，1b.Tianjin Key Laboratory of Animal and Plant Resistance，Tianjin Normal University，Tianjin 300387，China；2.College of Life Sciences，Nankai University，Tianjin 300071，China）

Chironomidae belongs to Nematocera in Diptera and includes 11 subfamilies.The paper summarized the applications of common nuclear genes and mitochondria genes which were adopted in the phylogenetic studies of Chironomidae：In Chironomidae（excluding Chilenomyiinae and Usambaromyiinae），all sampled subfamilies were confirmed to be the monophyly，with the exception of Prodiamesinae；the monogeneric Podonominae was supported as sister to Tanypodinae；the subfamily Orthocladiinae and Chironominae were sister groups.In the subfamily of Chironominae，Chironomini and Tanytarsini were monophyletic groups.The results also showed that：18S rDNA and 28S rDNA genes can accurately infer the phylogenetic relationships of the levels from kindom to family，and also can be used for some groups among genus.CAD gene can infer the phylogenetic relationships of the levels from subfamily to genus.ITS and EF-1ɑ genes are more suitable for the levels of species or genus.COⅠand COⅡare applicable for the levels of genus，species and subspecies，but can not infer the phylogenetic relationships of the higher levels of tribe，subfamily and family.16S rDNA can infer the phylogenetic relationships of the levels of genus and species，but can not be used in intraspecific.Cytb is applicable for the levels of intraor inter-species，even for the level of family.

Chironomidae；genes；molecular marker；molecular systematics；phylogeny

Q951

A

1671-1114（2016）06-0054-08

2016-03-25

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31101653，31272284，31672324）；天津市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（14JCQNJC14600）；天津市高等學(xué)?？萍及l(fā)展基金資助項(xiàng)目（20090608）；天津師范大學(xué)引進(jìn)人才基金資助項(xiàng)目（5RL104）；天津市優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃資助項(xiàng)目（2013）.

閆春財(cái)（1979—），男，副教授，主要從事昆蟲分子系統(tǒng)學(xué)方面的研究．