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基于DNA条形码的新疆额尔齐斯河流域蚋科分类及系统发育研究(双翅目:长角亚目)

【摘要】:蚋科(Simuliidae)隶属于双翅目(Insecta:Diptera)长角亚目(Nematocera)。世界已知26属2204种,是重要的医学昆虫。额河流域水资源丰富,畜牧业发达,夏秋两季蚋虫肆虐成灾,对人们生活以及健康造成极大危害。准确快速的蚋类鉴定,对蚋的基本信息的采集、生物学、生态学及以及防治措施的制定具有重要意义。但因为蚋的个体较小以及结构同质化使蚋成为传统分类学的难题。DNA条形码技术具有快速准确鉴定物种的特点。先前已有研究证明DNA条形码可以准确鉴定蚋科昆虫以及揭示蚋科隐存多样性。本研究运用形态学方法对新疆额尔齐斯河流域采集的2000头样本进行初步鉴定共鉴定出3属5亚属17种以及2个不确定种。而后提取260头样本DNA并进行测序。结合从BOLD以及Gen Bank下载的32条序列,根据现有的形态学基础,以所得292条序列来评估三种条形码方法的准确性,探讨额河流域蚋科系统发育关系,并通过三种方法探讨DNA Barcoding在蚋科昆虫分类及系统发育上的应用。研究结果如下:1.特征分析法(Barcoding with LOGic Formulas,BLOG)鉴定成功率为88.24%。在19个种中,找到18个种类的序列特征逻辑关系。BLOG应用较广,在一些高级阶元也适用。传统距离法并未发现“Barcoding gap”。距离法(ABGD)能够区分大部分种类,但也存在多划分的种类的现象,如力行维蚋Simulium lineatum分为两个不同的种。可能是因为种下分化比较大或者有隐存种的存在。聚类法采用新提出的一般耶鲁混合模型法鉴定并不理想,划分为18个进化单元,但进化单元的划分方法与形态分类的方法不一致。TAXONDNA评估显示Best match准确鉴定率为96.81%,而Best close match准确鉴定率为95.54%。2.基于线粒体COI基因片段的系统发育分析显示:蚋属Simulium,原蚋属Prosimulium,后克蚋属Metacnephia皆为单系群。维蚋亚属Wilhelmia,纺蚋亚属Nevermannia,厌蚋亚属Boophthora呈单系。真蚋亚属Eusimulium也呈现良好的单系性,但由于其处在蚋亚属Simulium中,使蚋亚属Simulium呈现并系性。维蚋亚属Wilhelmia与纺蚋亚属Nevermannia关系较近,为姊妹群。蚋亚属Simulium和厌蚋亚属Boophthora呈姊妹群关系。不确定种S.OUT1中两个单倍型分别归属于不同的亚属。S.OUT2中的单倍型全部归属于维蚋亚属Wilhelmia。其余各种的不同单倍型均聚类形成明显的单系。3.三类方法在系统发育上的分析:传统距离法表明,在蚋属Simulium当中,蚋亚属Simulium与纺蚋亚属Nevermannia遗传距离最小,为0.0789。厌蚋亚属Boophthora与真蚋亚属Eusimulium遗传距离最大,为0.1390。说明蚋亚属Simulium与纺蚋亚属Nevermannia关系最近,与现有研究结果一致。聚类GMYC法并不适用于种系关系的分析,而传统树形聚类法适合系统发育分析。特征法BLOG显示在,蚋亚属Simulium中Simulium kiritshenkoi与Simulium intermedium关系较近,共享位点414T。但BLOG法并不适用系统发育分析但适合做种类鉴定。综合形态与DNA条形码分析结果,证明以形态特征鉴定的17个种是正确的。不确定种S.OUT1其实应为两个种,最初根据形态特征将其误判为1个种,根据综合分析认为其中一个种为Simulium(Simulium)bezzii(Corti,1914),而另外一个种则需要进一步鉴定;综合分析认为S.OUT2为Simulium(Wilhelmia)takahasii(Rubtsov,1962)。以上研究显示,线粒体基因COI可以用来鉴定蚋科昆虫,特征法和树形法是鉴定物种的最佳选择,且能适用于更多的阶元层次,但其他方法也能做为佐证去评价条形码鉴定物种的准确性。基于DNA条形码的系统发育分析则需要补充更多的遗传信息才更可靠。

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