基于mt DNA COI基因的新疆部分地区叶蝉的分子鉴定

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0146

摘要/Abstract

摘要：

研究旨在准确、高效鉴定识别叶蝉科昆虫,克服传统分类方法的不足,为有效防治提供依据。以新疆4种叶蝉若虫和2种叶蝉成虫为试材,基于mt DNA COI基因,通过PCR扩增、测序技术获得6种叶蝉的基因序列。结果表明：6个样本的COI序列A+T含量高于G+C,A/T碱基偏移明显,符合昆虫mt DNA碱基构成特点;6种叶蝉种间平均遗传距离为0.232,样本A、B、E种内平均遗传距离为0.0031,符合“10倍阈值定律”;样本A、B、E与数据库中相关叶蝉的序列相似度高于99%,与形态分类结果一致;6种叶蝉在系统发育树上位置清晰,分类明确,在各分类阶元间形成独立单系。获得6条COI基因序列可作为叶蝉快速鉴定的DNA条形码,其中4种若虫的基因序列为叶蝉科昆虫首次报道。

关键词: 新疆, 叶蝉, mt DNA COI基因, 相似度, 遗传距离, 进化关系

Abstract:

This research aims to identify Cicadellidae accurately and efficiently, overcome the deficiencies of traditional classification methods, and provide a basis for its effective prevention and control. The nymphs of four species and the adults of two species of Cicadellidae in Xinjiang were used as materials, based on mt DNA COI gene, the gene sequences of the six Cicadellidae samples were obtained by PCR amplification and sequencing. The results show that the A+T content of COI sequence of the six samples is higher than that of G+C, and the base shift of A/T is obvious, which is consistent with the characteristics of insect mt DNA base composition. The average interspecific distance among the six samples is 0.232, and the average intraspecific distance within samples A, B and E is 0.0031, which is in accordance with the ‘10 times threshold rule’. The sequence similarity between sample A, B, E and related Cicadellidae species in the database is higher than 99%, which is fit to the result of morphological classification. The positions of the six species are vivid and the classification is clear on the phylogenetic tree, they form an independent monophyly among the taxonomic levels. Six COI gene sequences obtained can be used as DNA barcodes for rapid identification of Cicadellidae, the gene sequences of the nymphs of the four species are reported for the first time.

Key words: Xinjiang, Cicadellidae, mt DNA COI gene, similarity, genetic distance, evolutionary relationship

中图分类号:

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图/表 8

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序号	采样地点	经度	纬度	海拔/m	编号	作物	虫态
1	喀什市	76.7°	39.30°	1296	A	枣园	若虫
2	阿图什市	76.43°	40.17°	2130	B	柳树	若虫
3	莎车县	76.0°	39.24°	1260	C	万寿菊	若虫
4	吐鲁番市	89.05	42.56	176	D	葡萄	若虫
5	伽师县	76.33°	39.20°	1220	E	桃树	成虫
6	岳普湖县	76.57°	39.6°	1190	F	小茴香	成虫

序号	采样地点	经度	纬度	海拔/m	编号	作物	虫态
1	喀什市	76.7°	39.30°	1296	A	枣园	若虫
2	阿图什市	76.43°	40.17°	2130	B	柳树	若虫
3	莎车县	76.0°	39.24°	1260	C	万寿菊	若虫
4	吐鲁番市	89.05	42.56	176	D	葡萄	若虫
5	伽师县	76.33°	39.20°	1220	E	桃树	成虫
6	岳普湖县	76.57°	39.6°	1190	F	小茴香	成虫

种类		形态特征	参考文献
A 条沙叶蝉若虫 Psammotettix confinis nymphs		5龄若虫：体黄褐色,头冠近似钝角三角形,复眼红褐色,从头顶至腹部末端有1明显的白色纵中线^[29],近前缘2个浅褐色大斑,后与中线接连成“山”形,头胸两侧有褐色斑纹^[29]。黑褐色横纹遍布颜面两侧,前、后唇基隆起占颜面大部分比例。前胸背板具5条灰白色条纹,与4条灰色纵带相间排列。淡黄色翅芽位于中胸两侧,伸长至腹部第四节^[29];后胸背板后缘中部向内凹成弧状,后翅芽伸长与前翅芽平齐^[29]。胸足具2跗节,腹部中间及两侧具刚毛。	[29]
B 大青叶蝉若虫 Cicadella viridis nymphs		5龄若虫：头部突出,近似三角形,橙黄色^[30];复眼黑或绿色;两颊微青,2小黑斑分布在颊区近唇基缝处两侧。胸部橙黄色,腹部腹面黄绿色,背面黑色,两侧及末节橙黄带烟黑色^[31]。前胸背板、小盾片均呈淡黄绿色,横刻痕较短,未连接边缘^[32]。足黄色,附爪黑色。胸背中间及两侧有4条褐色纵纹直达腹端,中胸翅芽往后伸展,与后胸翅芽几乎等齐^[30]。	[30]、[31]、[32]
C 铲头叶蝉属若虫 Hecalus sp. nymphs		体淡黄色,头冠角状向前突出,冠面近似铲状^[33],头冠端缘脊具淡黑色线^[33],亚前缘线位于边缘;额唇基中间部位明显隆起,侧额缝经过触角窝延伸至单眼前^[33];复眼下方的颊部呈波曲状^[34]。前胸背板前缘凸出,后缘向内微凹,稍宽于头冠,后胸背板后缘中部凹成弧状;1弧形刻痕位于三角形小盾片的中部^[34]。第5腹板中部具1小突,两端具缺刻^[33]。具翅芽,淡黄色,前后翅芽平齐。	[33]、[34]
D葡萄阿小叶蝉若虫 Arboridia kakogawana nymphs		初孵若虫乳白色,后体色加深,虫体整体呈淡黄色^[35],头大如钝三角形^[35],2个近似圆形黑斑点位于头顶,黑色刚毛状触角,具明显的触角檐,5龄若虫长约2 mm,翅芽出现,前胸背板有两个淡褐色的斑点^[35]。后足具刚毛,腹部附着黑色刚毛^[35]。	[35]
E 多态广头叶蝉 Macropsis notate	体楔形^[9],淡黄色,头冠短而宽,中央最短^[9],似角状向前突出,1黑色圆斑位于头顶^[9]。单眼位于颜面,复眼内侧偏前缘处具圆形黑斑^[9];颜面淡黄,额与唇基愈合。前胸背板前缘呈角状突出,后缘中部向内凹入,纵脊两侧布满斜皱纹^[36];小盾片三角形,横刻痕明显;具端前室3个^[9]。尾节侧瓣宽大,后缘微凹,表面具刚毛^[9];下生殖板细长,末端稍膨大,表面具刚毛^[9]。		[9]、[36]
F 六点叶蝉 Macrosteles sexnotatus	头冠短且宽,端缘成宽圆向前突出,后头冠部有6枚黑色横斑^[37];触角长,触角檐不明显,1对复眼黑色,红褐色单眼位于头冠与颜面相交、横斑与复眼之间^[38]。颜面额部较多黑刻痕,中间一黑色纵刻痕,额缝、额唇基线、舌侧板较明显,舌侧板近似半圆,前唇基矩形^[37]。前胸背板前缘狐状突出,后缘微向内凹;前翅窄长,翅脉弱化,端片发达,具2个端前室^[37];后足胫节两排长刺,阳茎端部分为二叉^[37]。		[37]、[38]

种类		形态特征	参考文献
A 条沙叶蝉若虫 Psammotettix confinis nymphs		5龄若虫：体黄褐色,头冠近似钝角三角形,复眼红褐色,从头顶至腹部末端有1明显的白色纵中线^[29],近前缘2个浅褐色大斑,后与中线接连成“山”形,头胸两侧有褐色斑纹^[29]。黑褐色横纹遍布颜面两侧,前、后唇基隆起占颜面大部分比例。前胸背板具5条灰白色条纹,与4条灰色纵带相间排列。淡黄色翅芽位于中胸两侧,伸长至腹部第四节^[29];后胸背板后缘中部向内凹成弧状,后翅芽伸长与前翅芽平齐^[29]。胸足具2跗节,腹部中间及两侧具刚毛。	[29]
B 大青叶蝉若虫 Cicadella viridis nymphs		5龄若虫：头部突出,近似三角形,橙黄色^[30];复眼黑或绿色;两颊微青,2小黑斑分布在颊区近唇基缝处两侧。胸部橙黄色,腹部腹面黄绿色,背面黑色,两侧及末节橙黄带烟黑色^[31]。前胸背板、小盾片均呈淡黄绿色,横刻痕较短,未连接边缘^[32]。足黄色,附爪黑色。胸背中间及两侧有4条褐色纵纹直达腹端,中胸翅芽往后伸展,与后胸翅芽几乎等齐^[30]。	[30]、[31]、[32]
C 铲头叶蝉属若虫 Hecalus sp. nymphs		体淡黄色,头冠角状向前突出,冠面近似铲状^[33],头冠端缘脊具淡黑色线^[33],亚前缘线位于边缘;额唇基中间部位明显隆起,侧额缝经过触角窝延伸至单眼前^[33];复眼下方的颊部呈波曲状^[34]。前胸背板前缘凸出,后缘向内微凹,稍宽于头冠,后胸背板后缘中部凹成弧状;1弧形刻痕位于三角形小盾片的中部^[34]。第5腹板中部具1小突,两端具缺刻^[33]。具翅芽,淡黄色,前后翅芽平齐。	[33]、[34]
D葡萄阿小叶蝉若虫 Arboridia kakogawana nymphs		初孵若虫乳白色,后体色加深,虫体整体呈淡黄色^[35],头大如钝三角形^[35],2个近似圆形黑斑点位于头顶,黑色刚毛状触角,具明显的触角檐,5龄若虫长约2 mm,翅芽出现,前胸背板有两个淡褐色的斑点^[35]。后足具刚毛,腹部附着黑色刚毛^[35]。	[35]
E 多态广头叶蝉 Macropsis notate	体楔形^[9],淡黄色,头冠短而宽,中央最短^[9],似角状向前突出,1黑色圆斑位于头顶^[9]。单眼位于颜面,复眼内侧偏前缘处具圆形黑斑^[9];颜面淡黄,额与唇基愈合。前胸背板前缘呈角状突出,后缘中部向内凹入,纵脊两侧布满斜皱纹^[36];小盾片三角形,横刻痕明显;具端前室3个^[9]。尾节侧瓣宽大,后缘微凹,表面具刚毛^[9];下生殖板细长,末端稍膨大,表面具刚毛^[9]。		[9]、[36]
F 六点叶蝉 Macrosteles sexnotatus	头冠短且宽,端缘成宽圆向前突出,后头冠部有6枚黑色横斑^[37];触角长,触角檐不明显,1对复眼黑色,红褐色单眼位于头冠与颜面相交、横斑与复眼之间^[38]。颜面额部较多黑刻痕,中间一黑色纵刻痕,额缝、额唇基线、舌侧板较明显,舌侧板近似半圆,前唇基矩形^[37]。前胸背板前缘狐状突出,后缘微向内凹;前翅窄长,翅脉弱化,端片发达,具2个端前室^[37];后足胫节两排长刺,阳茎端部分为二叉^[37]。		[37]、[38]

编号及种类	基因名	片段长度/bp	A/T	A+T含量/%	G+C含量/%
A（条沙叶蝉若虫）	COI	615	0.95	65	35
B（大青叶蝉若虫）	COI	550	0.73	72	28
C（铲头叶蝉若虫）	COI	659	0.93	67	33
D（葡萄阿小叶蝉若虫）	COI	705	0.76	69	31
E (多态广头叶蝉)	COI	648	0.98	67	33
F（六点叶蝉）	COI	569	0.90	68	32