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针尾部膜翅目进化研究取得新进展

发布时间:2021年03月01日 11:28  浏览次数:

近日,北京市农林科学院魏书军研究员与华南农业大学刘经贤副研究员团队在针尾部膜翅目线粒体基因组进化与系统发育方面取得重要进展,研究结果在国际知名刊物Molecular Phylogenetics and Evolution发表。

针尾部Aculeata是膜翅目Hymenoptera中雌性产卵器特化为螫针的一个进化分支,包括蜜蜂总科、胡蜂总科、青蜂总科等8个总科。该类群种类丰富多样,包括了人们熟悉的一些种类,如蜜蜂、蚂蚁和胡蜂等。针尾部不仅种类高度分化,生物学习性也极为复杂,有外寄生、内寄生和捕食性种类,有独栖和社会性种类。此外,针尾部的寄主和食性高度分化,大部分类群成虫具有访花习性,是重要的传粉者。因此,针尾部昆虫一直是行为学、进化生物学和物种多样性等领域研究的重要对象,是自然和农业生态系统的重要组成部分。然而,面对如此复杂多样且常见的类群,针尾部内部主要类群间的进化关系却一直存在争议。

该项研究(1)利用高通量测序的方法测定了23种针尾部物种的线粒体全基因组序列,其中,青蜂总科中的青蜂科、螯蜂科、梨头蜂科,土蜂总科及钩土蜂总科的线粒体基因组均为首次报道。(2)揭示了针尾部昆虫线粒体基因组的碱基组成特征和基因重排规律,发现该类群A+T碱基含量多数高于80%,但研究中的4个蚁蜂科的A+T碱基含量反而都低于80%,有11个线粒体序列发生了碱基偏向性颠倒,包括所有的蛛蜂科个体,除亮身间胸青蜂外的3个青蜂科个体,以及蜜蜂总科、钩土蜂科、螯蜂科、梨头蜂科各1种(图1)。发现几乎所有的物种都发生了基因重排,包括在其他昆虫类群中相对保守的蛋白编码基因在针尾部类群中也发生了多处重排(图2)。(3)基于线粒体基因组中丰富的分子标记重建了针尾部主要类群间系统发育关系,支持青蜂总科处于针尾部系统发育的基部,为最早分化出来的类群,且该总科为复系类群,支持胡蜂总科和蚁总科的姊妹群关,与此前仅基于分子数据得出的系统发育关系不同,但与基于分子和形态学数据相结合的系统发育研究结果相吻合(图3)。

该研究极大地丰富了针尾部线粒体基因组数据,明确了该类群线粒体基因组特征,首次通过线粒体基因组数据构建了较为合理的系统发育关系,为针尾乃至膜翅目昆虫进化研究提供重要基础。

华南农业大学和北京市农林科学院联合培养的研究生郑小钰为论文第一作者,共同作者曹利军博士(北京市农林科学院)和陈鹏燕(华南农业大学)参与基因组测序和数据分析,浙江大学陈学新教授、Kees van Achterberg教授、墨尔本大学Ary A. Hoffmann教授参与数据分析、结果讨论与论文写作,魏书军研究员和刘经贤副研究员为论文共同通讯作者。

本研究得到了国家自然科学基金项目的资助。全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S105579032100052X

图1 针尾部线粒体基因组碱基偏向性散点图

图2 针尾部线粒体基因组基因排列与重排事件

图3 基于线粒体基因组序列的针尾部系统发育关系

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