中国秆蝇科分子系统发育与生物地理学研究(双翅目)

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秆蝇科是双翅目Diptera鸟蝇总科Carnoidea中物种数量最丰富的科之一,全世界已知203属3000余种,在各大动物地理区均有分布,食性多样,具有重要的生态学意义,是研究昆虫物种多样性和探索还原生命快速适应演化历史的理想模式类群。因此,研究秆蝇科昆虫生物多样性及现代生物地理格局的形成过程,解析并明确其系统发育关系,对理解秆蝇科乃至双翅目昆虫的系统演化,以及生物多样性保护与利用具有重要的参考价值。本研究通过广泛收集中国秆蝇科昆虫标本,利用分子数据(线粒体基因组数据,多基因联合)重建了秆蝇科4亚科及部分族属的系统发育关系,并分析了秆蝇科昆虫的线粒体基因组的结构特征;整合GIS空间分析,生态位模拟,分歧时间估算,祖先分布地重建等方法开展了中国秆蝇科昆虫系统的生物地理学研究。本研究取得的主要结果如下:(1)获得了秆蝇科4亚科11种昆虫的线粒体基因组,并比较了秆蝇科昆虫线粒体基因组基本结构和特征。秆蝇科线粒体基因组与典型的双翅目线粒体基因组一致,由37个基因和一段长度可变的控制区构成。在基因排列结构和碱基组成上具有较高的保守性。秆蝇亚科的核苷酸多样性和遗传距离均明显高于其余三个亚科。(2)首次利用分子数据重建了秆蝇科昆虫的系统发育关系。基于线粒体基因组数据集的系统发育明确了秆蝇科为单系群,锥秆蝇亚科为有效亚科。通过增大取样量,基于多基因(4个线粒体基因片段:COI,CytB,12S rRNA,16S rRNA,2个核基因片段:28S rRNA,CAD)联合手段,对43属81种秆蝇科昆虫进行系统发育重建。结果表明,长缘秆蝇亚科、秆蝇亚科、锥秆蝇亚科和奇鬃秆蝇亚科均为单系,4亚科间的系统发育关系为(奇鬃秆蝇亚科+(长缘秆蝇亚科+(秆蝇亚科+锥秆蝇亚科)))。(3)结合中国秆蝇科的地理分布信息,对中国秆蝇科物种多样性分布格局和进化历史进行了分析研究。首次揭示了秆蝇科在中国的物种多样性格局主要以岛屿和山脉为主;西藏林芝地区,北京怀柔地区和河北小五台山为秆蝇科昆虫的特有分布区;温度和降水是影响秆蝇科昆虫分布的主要生态因子,川西地区,中国南部,北京及其周边地区为其高适宜分布区。从末次间冰期(LIG)到末次盛冰期(LGM),秆蝇科昆虫适生区表现出了明显的扩张,预测秆蝇科的适生范围有向北和向西南迁移的趋势。历史生物地理分析表明,中国秆蝇科昆虫可能起源于始新世(约44.69 Ma),其起源中心为我国西南区,扩散和长距离迁移是形成当前地理分布的主要原因,推测禾本科植物的分化与扩散及冰期气候变化在秆蝇科昆虫谱系多样性的演化历史中发挥了重要作用。
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