蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗的系统发育关系研究

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蹦蝗属Sinopodisma Chang隶属于直翅目Orthoptera蝗总科Acridoidea斑腿蝗科Catantopidae秃蝗亚科Podisminae,全世界已知42种,我国已知40种。蹦蝗属近缘种之间在形态上的高度相似性给形态学分类造成了困难,该类群系统发育关系尚不清楚。蔡氏蹦蝗Sinopodisma tasii与黄山蹦蝗:Sinopodisma huangshana之间的关系就是其中的典型例子。动物志中所描述的黄山蹦蝗与蔡氏蹦蝗的区别在于黄山蹦蝗雌性体表无眼后带,蔡氏蹦蝗有明显的黑色眼后带;蔡氏蹦蝗的雄性尾须顶端中央略凹,黄山蹦蝗雄性尾须顶端平截。但通过标本比对,发现两者形态上极为相近,黄山蹦蝗中有的雌性个体有着明显的眼后带,蔡氏蹦蝗中有的雌性个体无眼后带,两种蹦蝗同一种群的雄性个体尾须均存在显著的个体间变异,导致种间形态差异消失。本论文采用高通量测序技术测定了蹦蝗属8个种的全线粒体基因组,并对每种蹦蝗序列进行了详细的注释与分析。结合蝗总科其他物种的线粒体基因组数据,采用多种方法进行了系统发育关系和物种定界研究,探讨了蹦蝗属及黄山蹦蝗与蔡氏蹦蝗的系统发育关系。主要研究结果如下:(1)完成蔡氏蹦蝗Sinopodisma tasii、黄山蹦蝗Sinopodisma huangshana、比氏蹦蝗:Sinopodisma pieli、湖南蹦蝗Sinopodisma hunnensis、小尾片蹦蝗Sinopodisma microfurcwla、喙尾蹦蝗 Sinopodisma rostellocerca、针尾蹦蝗Sinopodisma spinocerca、红股蹦蝗Sinopodisma rufofemoralis8个物种的全线粒体基因组序列的注释分析,其线粒体全长在15674bp-15721bp之间。通过对8种蹦蝗线粒体基因组数据进行分析,发现8种蹦蝗不论在碱基组成、基因间隔区和重叠区、蛋白编码基因起始密码子和终止密码子、RNA基因和控制区都十分相似。(2)基于13个蛋白质基因和2个rRNA基因数据集构建的ML、BI、NJ树拓扑结构基本一致,蹦蝗属的单系性没有得到支持。在蹦蝗属内,蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗均聚在一起。所有树中小蹦蝗属物种先聚为一支,落在蹦蝗属分支内,难以区分。(3)形态学上,蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗没有明显差异。遗传距离分析显示,蔡氏蹦蝗三个地理种群与黄山蹦蝗三个地理种群的的种群内与种群间遗传距离都很小,在黄山蹦蝗的汤口镇、九龙峰和牯牛降三个种群中,种群间平均遗传距离值均小于其中某个种群的种群内平均遗传距离,种群间成对遗传距离范围与单个种群的种群内成对遗传距离范围存在完全重叠的情况。在蔡氏蹦蝗的天目山、莫干山、龙塘山三个种群中,种群间成对遗传距离范围与单个种群的种群内成对遗传距离范围存在明显的重叠。蔡氏蹦蝗龙塘山种群与黄山蹦蝗三个种群的种群间成对遗传距离都完全落在蔡氏蹦蝗龙塘山种群的种群内成对遗传距离范围内。(4)蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗的6个地理种群在单倍型网络图中呈混合状,不同种群间存在共享单倍型,而且存在黄山蹦蝗种内单倍型之间的突变步数大于与蔡氏蹦蝗种间单倍型的突变步数,或蔡氏蹦蝗种内单倍型之间的突变步数大于与黄山蹦蝗种间单倍型之间的突变步数的情况。这表明两种蹦蝗具有极其近缘的亲缘关系,在遗传学上没有显著差异。(5)基于COX1条形码序列的GMYC分析将蹦蝗属划分为4个OTUs,蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗被单独划分为一个OTUs。结合形态学、系统发育分析、物种定界分析信息,我们认为蔡氏蹦蝗与黄山蹦蝗应是同一物种,黄山蹦蝗是蔡氏蹦蝗的次异名。
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