● 摘要
一般学者认为直翅目昆虫包括两大类。一类为以螽蟖、蟋蟀、蚤蝼为代表的、触角长于身体的长角型昆虫；另一类为以蝗虫、蚱、蜢等为代表的、触角短于身体的短角型昆虫。一直以来分类学家都认为蚱总科、蜢总科、蝗总科在直翅目中的进化水平有差异，所以对三个类群全线粒体基因组的研究能为直翅目其它蝗虫的研究提供非常宝贵的数据资料。
线粒体基因组是研究基因组结构、功能和进化的最佳模型，本论文完成了蚱总科刺翼蚱科羊角蚱属二刺羊角蚱、瘤蚱属侧刺瘤蚱、蜢总科乌蜢属变色乌蜢、蝗总科斑翅蝗科尖翅蝗属大垫尖翅蝗四个物种全线粒体基因组序列的测序、拼接及注释工作，结合非洲飞蝗与东方蝼蛄的线粒体基因组数据，从线粒体蛋白质基因、tRNA基因、rRNA 基因、控制区、碱基组成、密码子和氨基酸使用等方面进行了详细的比较与归纳，获得以下结论：
1.、测定并注释了四种蝗虫的线粒体全基因组
(1)二刺羊角蚱线粒体全基因组长度为15691 bp。包含13条蛋白质、22条tRNA和2条rRNA基因序列，存在AT富含区。基因顺序和转录方向与飞蝗相同，tRNA (D)和 (K) 的顺序与蝼蛄相反，与蜜蜂相同。蛋白质基因都使用了ATN作为起始密码子。除存在3个不完整的TA或T外，都以TAA或TAG作为终止密码子。线粒体基因组的AT富含区存在一段与飞蝗类似的紧密相连的重复序列。
(2)侧刺瘤蚱线粒体全基因组长度为14562 bp（不含控制区）。包含13条蛋白质、22条tRNA和2条rRNA基因。基因顺序和转录方向上与飞蝗相同，tRNA (D)和(K) 的顺序与蝼蛄线粒体基因顺序相反，与蜜蜂相同。蛋白质基因都使用了ATN作为起始密码子。除存在2个不完整的TA或T外，都以TAA或TAG作为终止密码子。
(3)变色乌蜢线粒体全基因组长度为15397 bp。包含13条蛋白质、22条tRNA和2条rRNA基因，存在AT富含区。基因顺序和转录方向上与飞蝗相同，tRNA (D)和 (K) 的顺序与蝼蛄相同。蛋白质基因都使用了ATN作为起始密码子。除存在1个不完整的TA外，都以TAA或TAG作为终止密码子。线粒体基因组的AT富含区无重复序列。
(4)大垫尖翅蝗线粒体全基因组长度为15644 bp。包含13条蛋白质、22条tRNA和2条rRNA基因，存在AT富含区。基因顺序和转录方向上与飞蝗相同，tRNA (D)和 (K) 的顺序与蝼蛄线粒体基因顺序相反，与蜜蜂相同。蛋白质基因都使用了ATN作为起始密码子。除存在2个不完整的TA或T外，都以TAA或TAG作为终止密码子。线粒体基因组的AT富含区存在与飞蝗类似的两段紧密相连的重复序列。
2、采用基于长PCR技术的二次PCR测序策略，结合克隆测序方法，降低了实验难度，提高了通用性和稳定性。
3．线粒体基因组结构紧密，除了(A+T)丰富区外，基因间的非编码序列二翅羊角蚱有65bp，在7对基因之间存在共48bp的重叠；变色乌蜢非编码序列有91bp，在3对基因之间存在共13bp的重叠；大垫尖翅蝗非编码序列有91bp，在3对基因之间存在共13bp的重叠。
4．线粒体基因组存在着明显的A+T碱基偏向， (A+T)丰富区的A+T含量明显高于基因组整体含量。蛋白质密码子第3位点A+T 含量高于1、2 位点。13个蛋白质基因中COⅢ和COⅠ编码基因的A+T 含量较低，ND6 和ATP8 的(A+T)含量很高。以此推测COⅢ和COⅠ的进化速率要低于ND6和ATP8。除此在两条链上存在着严重的碱基偏向，H 链富含C和A，L链富含G和T。因为链间存在这种偏向性，所以由两条链编码的基因在碱基含量上也存在着偏向。
5. 线粒体基因组22个tRNA二级结构多为三叶草形，长度在63~72bp之间，tRNA二级结构在三个物种中也比较类似，共Ser(S-AGN)同特征为 tRNA 二级结构缺少了 DHU 臂，剩余 21 个基因都能够形成完整的三叶草结构，碱基错配以G-U为主。最短的tRNAPro可变环与TψC臂合并。
存在tRNA反密码子与高频率同义密码子不能严格匹配的现象，多数可通过GU配对来解决，tRNA (K) 和(M)则通过反密码子第1位c的修饰以实现CA间不严格配对。
6、蛋白质基因的密码子使用和氨基酸使用均具有极强的偏向性，同义密码子 NNU 和 NNA 的使用频率相当高。氨基酸组成中Leu、Ile、Ser 和Phe 的含量都较高。
7、线粒体基因组两个rRNA基因的部分二级结构差异较大的部位主要存在于环区，而茎区相对保守。对四种蝗虫lrRNA第IV、V结构域的空间结构的预测显示它们与飞蝗之间变化较小。
8、直翅目蝗亚目蚱总科、蜢总科、蝗总科在直翅目中的进化水平有差异，联合直翅短角亚目及部分六足总纲基因组系统发育研究表明：蚱总科、蝗总科关系较近，蜢总科在三个总科中较原始。从系统发育树的拓朴结构和基因排列顺序看，蜢总科接近长角亚目的类群。
本论文从比较及进化基因组学角度对直翅目三个总科各一至两种昆虫的线粒体基因组进行详细的基因组织结构和序列进化的研究，可为理解直翅目中昆虫线粒体基因组结构和序列进化提供重要线索和数据，也为用完整线粒体基因组序列大规模地研究直翅目高级阶元之间的系统发育关系奠定基础。