基于线粒体基因片段(COⅠ,COⅡ,ND1)和核基因片段(ITS)的双斑乙蠊谱系生物地理学研究

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双斑乙蠊Sigmella biguttata(Bey-Bienko,1954)隶属于网翅总目Dictyoptera蜚蠊目Blattodea硕蠊总科Blaberoidea姬蠊科Ectobiidae姬蠊亚科Blattellinae乙蠊属Sigmella,生活在灌木丛或落叶层中,有较强的飞行能力;分布范围广,主要分布在我国西南、华南及华东地区。近来年的研究发现双斑乙蠊不同地理种群在形态上存在一些细微的差异,不同地理种群可能存在遗传分化的现象。为了明确双斑乙蠊不同地理种群间是否存在遗传分化现象,进而探讨该物种演化历程和当前地理分布格局成因,本研究首次对双斑乙蠊进行谱系生物地理学研究。本论文选取了3个线粒体基因片段(COI,COII,ND1)和1个核基因片段(ITS)对中国双斑乙蠊的22个地理种群的346头样本进行分析,通过PCR扩增获取线粒体基因和核基因序列,计算单倍型数、单倍型多样性及核苷酸多样性进行双斑乙蠊各基因片段及种群遗传多样性分析;完成分子变异分析,计算遗传分化指数,根据遗传分化指数Fst估算种群间基因流,明确双斑乙蠊种群间的遗传分化程度;分别基于最大似然法和贝叶斯方法构建系统发育树(ML,BI),采用中介邻接网络算法(Median-Joining algorithm)构建单倍型网络图,探究双斑乙蠊种群的系统发育关系并推测其种群的起源;基于线粒体基因COI替换速率估算双斑乙蠊各种群分化时间;运用中性检测、错配分布分析和贝叶斯天际线(BSP)分析方法检测双斑乙蠊种群历史动态并基于贝叶斯随机搜索变量选择(BSSVS)方法解析其种群迁移路径,探究种群演化历程和当前地理分布格局形成原因。本研究主要得到了以下结果:(1)基于线粒体基因和核基因片段联合数据(COI+COII+ND1+ITS)构建的ML和BI系统发育树的拓扑结构一致,显示双斑乙蠊所有种群分为4个支系6个组,SAMOVA得到的遗传结构分析结果也支持6个组的划分。支系I、II、III均只包含一个组,分别对应为Group1、2、3,支系I种群分布在海南;支系II种群分布在江西庐山;支系III种群分布在湖南、广西、贵州地区;支系IV包括Group4、5、6三个组,且Group5和Group6互为姐妹群,该支系种群主要分布在中国的西南、华南和华东地区。(2)双斑乙蠊种群的遗传多样性整体较高(Hd=0.990,π=0.02717),特别是Group1(Hd=0.945,π=0.01344,Group5(Hd=0.929,π=0.01065),Group6(Hd=0.979,π=0.02364)。Group1分布在海南,有适宜的气候条件,Group5和Group6分布地广(西南、华南和华东地区),未存在较大的地理阻隔,基因交流频繁且这些地区有适宜的生境有助于提高种群遗传多样性水平。Group2和Group4遗传多样性相对较低,由于种群受到瓶颈效应后种群迅速扩张所导致的结果。(3)单倍型网络图分析结果显示各支系及各组间有较多的突变步数,且各种群间无共享单倍型;分别基于线粒体基因、核基因及线粒体基因和核基因联合数据集的AMOVA分析结果均显示更多的变异存在于各组之间;遗传分化系数Fst值计算结果显示各组间及各种群间的Fst最小值均大于0.45;各组间以及各种群间的基因流Nm最大值均小于1。以上结果均表明双斑乙蠊种群间出现了显著的遗传分化。(4)种群历史动态检测结果表明Group2、Group3和Group4经历了种群扩张,Group1、Group5和Group6未发生种群扩张。Group2种群在末次冰盛期之后发生扩张,末次冰盛期是全球气温最低时期,也是距今最近的最为寒冷时期,末次冰盛期之后,温度上升,气候变暖,促进种群发生扩张;Group3和Group4种群发生扩张均在末次间冰期,该时期是距今最近的增温时期,全球平均年气温比现今高2-5℃,气候较为温暖湿润,适合双斑乙蠊的生存、繁殖和扩散,有助于种群发生快速扩张。(5)基于线粒体基因COI替换速率估算种群分化时间,结果显示各支系的发生分化时间在中更新世期(0.13Ma~0.18Ma),该时期冰川扩张,气候变冷变干促使该物种内部发生分化;同时海南岛与大陆分离也导致了支系I与大陆种群发生分化;各组及组内的分化发生在晚更新世期(0.034Ma~0.12Ma),该时期的气候出现温湿-干冷交替现象以及青藏高原的抬升及周围山脉的隆起所造成的复杂地貌导致了不同地理种群间的发生分化。
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