蛱蝶科蝶类主要分类群的分子系统学和历史生物地理学分析

发布时间：2017-05-23 08:06

  本文关键词：蛱蝶科蝶类主要分类群的分子系统学和历史生物地理学分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：蛱蝶科Nymphalidae隶属于鳞翅目Lepidoptera凤蝶总科Papilionoidea,是蝶类中最大的一个类群,全世界约有7,200种,一般为中到大型蝶种。由于蛱蝶科的形态极其丰富多样且生活史各不相同,其主要分类群间的系统发生关系一直饱受争议。另外,由于蝶类化石记录相对比较匮乏,有关蛱蝶科主要分类群的起源时间以及各类群间的分歧时间目前也尚未清晰。本文利用long PCR扩增技术和分子克隆技术测定了8种蛱蝶,即忘忧尾蛱蝶(螯蛱蝶亚科)、红锯蛱蝶(釉蛱蝶亚科)、波蛱蝶(傼蛱蝶亚科)、幻紫斑蛱蝶(蛱蝶亚科)、翠蓝眼蛱蝶(蛱蝶亚科)、网丝蛱蝶(丝蛱蝶亚科)、电蛱蝶(秀蛱蝶亚科)和箭环蝶(闪蝶亚科)的线粒体基因组全序列或近全序列,并从比较基因组学的角度将这些新测定的线粒体基因组与其他已报道的蛱蝶类线粒体基因组进行比较分析。结果显示:忘忧尾蛱蝶、红锯蛱蝶、波蛱蝶、幻紫斑蛱蝶、翠蓝眼蛱蝶和网丝蛱蝶的线粒体基因组全序列的长度分别为15,333 bp、15,211 bp、15,179 bp、15,260 bp、15,214bp和15,254 bp。它们均具有典型的昆虫线粒体基因组的基因组成:13个蛋白质编码基因(cox1-cox3、atp6、atp8、nad1-6、nad4L、cob),22个t RNA基因,2个r RNA基因(rrn L和rrn S)以及非编码的控制区(即A+T丰富区)。另外,电蛱蝶和箭环蝶的线粒体基因组全序列未测通,长度分别为14,367 bp和14,020 bp,但同样具有相同的基因组成。8种蛱蝶线粒体基因组的基因排列顺序、蛋白质编码基因的开放阅读框方向均与已测定的其他蝶类一致,未出现基因重排和缺失现象。基因组中分别包括11(全长92 bp)、14(全长171 bp)、18(全长117 bp)、13(全长178 bp)、15(全长155 bp)、13(全长154 bp)15(全长110 bp)和11(全长25 bp)个基因间隔区以及12(全长65 bp)、10(全长31 bp)、10(全长29 bp)、9(全长26 bp)、11(全长30 bp)、10个(全长41 bp)、8(全长28 bp)和11(全长66 bp)个基因重叠区。8种蝶类的cox1基因的起始密码子均为CGA(R),而其他蛋白质编码基因都以标准的ATN(N:T,G,A,C)作为起始密码子;大部分蛋白质编码基因的终止密码子为完整的TAA或TAG,少数的蛋白质编码基因则以单个T残基结尾。密码子第3位点的A+T含量都是最高的(85%以上),这与密码子第3位点存在高变异率的规律是相符的。除trn S1(AGN)外,其余的t RNA基因都能形成典型的三叶草结构。trn S1(AGN)缺少二氢尿嘧啶臂,并在相应的位置上只形成一个简单环。8种蛱蝶的rrn L基因均位于trn L1(CUN)基因和trn V基因之间,rrn S基因位于trn V基因和A+T丰富区之间。忘忧尾蛱蝶、红锯蛱蝶、波蛱蝶、幻紫斑蛱蝶、翠蓝眼蛱蝶和网丝蛱蝶A+T丰富区未发现明显的大片段重复序列,仅包括几个较为保守的结构,如类似微卫星的重复序列(TA)n(n=6-9)、poly-T和poly-A等。而翠蓝眼蛱蝶A+T丰富区发现一段38 bp的重复序列。为了进一步探讨蛱蝶类主要分类群间的系统发生关系,本文分别基于13个蛋白质编码基因的核苷酸序列和13个蛋白编码基因+2个r RNA基因的核苷酸序列,以三种灰蝶作为外类群,分别使用邻接法(neighbor joining,NJ)、最大简约法(maximum parsimony,MP)、最大似然法(maximum likelihood,ML)和贝叶斯推论法(Bayesian inference,BI)重新构建了蛱蝶13个亚科33个代表种的系统发生树。结果显示:本文中所分析的蛱蝶类群被分为5个演化支,分别是喙蝶演化支(包括喙蝶亚科)、斑蝶演化支(包括斑蝶亚科)、眼蝶演化支(包括眼蛱蝶亚科、闪蝶亚科、螯蛱蝶亚科和绢蛱蝶亚科)、釉蛱蝶演化支(包括釉蛱蝶亚科和线蛱蝶亚科)和蛱蝶演化支(包括闪蛱蝶亚科、蛱蝶亚科、傼蛱蝶亚科、丝蛱蝶亚科和秀蛱蝶亚科),其中斑蝶亚科与其他所有的蛱蝶类群形成姊妹群,丝蛱蝶亚科和傼蛱蝶亚科形成姊妹群,闪蝶亚科与眼蝶亚科的亲缘关系最亲近。本文基于线粒体基因组数据的系统学研究结果与之前基于核基因或线粒体基因组数据的研究结果基本一致,却与基于形态特征的研究结果存在较大的差异,如形态学的研究认为喙蝶亚科作为蛱蝶科的基部类群,但本文的研究结果并不支持这一形态学观点。为了进一步检验形态性状进化与物种分子系统发生之间的关系,本文选取一些适宜的形态特征(性状)并标定到本文基于线粒体基因组全序列重建的分子系统树上,结果显示,所选取的形态性状(包括卵、幼虫和成虫)的进化规律与分子系统发育之间存在一定的吻合性。蛱蝶亚科是蛱蝶科中最大的一个亚科之一,全世界约有500种,其中不少种类已成为生态学和进化学研究领域的模式类群。尽管有关该亚科蝶类的基础研究较多,但通过系统学分析探讨蛱蝶亚科各物种间亲缘关系的研究还不多见,且存在诸多争议。为进一步阐明蛱蝶亚科各族乃至各属间的系统发生关系,本文补充测定了33种蛱蝶亚科代表种的1个线粒体基因(cox1)和2个核基因(EF-1α和wingless)的部分序列,并结合Wahlberg等人的相关研究成果,基于三个基因序列的联合数据,分别运用最大似然法(ML)和贝叶斯推论法(BI),重建了蛱蝶亚科6族、56属、159个代表种的分子系统树。结果显示:所获得的系统树拓扑结构基本一致且置信度较高。除枯叶蛱蝶族和黄肱蛱蝶族外,蛱蝶族、维蛱蝶族、眼蛱蝶族和网蛱蝶族均形成稳定的单系群,其中眼蛱蝶族与维蛱蝶族形成姊妹群;黄肱蛱蝶族为多系发生,其中抱突蛱蝶属和端突蛱蝶属均远离蛱蝶亚科的其他类群,并与外类群(秀蛱蝶亚科、线蛱蝶亚科和釉蛱蝶亚科)的代表种聚集成一个小的进化枝,而丰蛱蝶属形成一独立支系,并与其他所有蛱蝶亚科类群(不包括抱突蛱蝶属和端突蛱蝶属)形成姊妹群;黑缘蛱蝶属、侏蛱蝶属和枯蛱蝶属与维蛱蝶族聚集在一起,形成一单系群;蠹叶蛱蝶属从枯叶蛱蝶族中分离出来,形成一独立支系,并与网蛱蝶族形成姊妹群。基于本文获得的蛱蝶亚科系统发育树,依据宽松分子钟算法,选择适宜的化石记录参照点,估算蛱蝶亚科主要类群的起源与分歧时间,并结合现代生物地理学、古生物学等学科的相关资料和证据,初步探讨蛱蝶亚科起源演化的历史生物地理格局。结果显示:蛱蝶亚科首次分化可能发生于距今68.1百万年前(Ma)(95%的置信区间CI:60.9-73.8 Ma)的白垩纪,并以新热带区作为分化中心。然而,蛱蝶亚科主要的分化事件发生于新生代的第三纪时期。蛱蝶族、枯叶蛱蝶族、维蛱蝶族、眼蛱蝶族和网蛱蝶族分别以新热带区、古热带区+东洋区、古热带区、古热带区和新北区作为多样性分化中心。而且,多种类群的分化与第三纪时期主要的古地质事件基本吻合,如眼蛱蝶族内部类群的演化路径与距今约21 Ma的非洲与亚洲大陆连接事件相吻合;网蛱蝶族中巢蛱蝶亚族、颚蛱蝶亚族和漆蛱蝶亚族内部类群的分化与距今约35-33 Ma北美洲与南美洲之间出现的弧形列岛有关。
【关键词】：蛱蝶科 蛱蝶亚科 分子系统学 谱系年代学 历史生物地理学 线粒体基因组
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q969
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-13
• 第一章 研究背景与现状13-26
• 1 蛱蝶概述13-18
• 1.1 蛱蝶科生物学特征及系统分类13-14
• 1.2 蛱蝶科系统学研究现状14-17
• 1.3 蛱蝶科主要类群起源与进化研究现状17-18
• 2 昆虫线粒体基因组18-19
• 2.1 鳞翅目昆虫线粒体基因组结构和特点18-19
• 2.2 线粒体基因组在鳞翅目昆虫分子系统学研究中的应用19
• 3 分子系统学19-22
• 3.1 分子系统学概况19-20
• 3.2 系统发育树构建方法20-22
• 4 谱系发育年代学与分子钟22-23
• 5 生物地理学23-24
• 5.1 生物地理学定义及其发展23
• 5.2 历史生物地理学概况23-24
• 6. 本研究的目的和意义24-26
• 第二章 八种蛱蝶线粒体基因组全序列的测定和比较分析26-47
• 1 材料与方法27-29
• 1.1 实验材料27
• 1.2 实验方法27-29
• 2 结果与讨论29-47
• 2.1 线粒体基因组结构与组成29-37
• 2.2 蛋白质编码基因（PCGs）37-43
• 2.3 转运RNA（t RNA）基因和核糖体RNA（r RNA）基因43-44
• 2.4 A+T丰富区（A+T-rich region）44-47
• 第三章 基于线粒体基因组全序列数据分析蛱蝶类主要类群间的系统发生关系47-62
• 1 材料与方法48-51
• 1.1 材料48-49
• 1.2 数据处理49-51
• 2 结果与讨论51-62
• 2.1 序列组成与变异51-53
• 2.2 分子系统发生分析53-62
• 第四章 基于三个基因联合数据探讨蛱蝶亚科主要类群的系统发生关系62-87
• 1 材料与方法65-75
• 1.1 实验材料65-74
• 1.2 实验方法74-75
• 2 结果75-82
• 2.1 序列组成与变异75-77
• 2.2 分子系统树77-82
• 3 讨论82-87
• 3.1 网蛱蝶族的系统发生关系82-83
• 3.2 眼蛱蝶族的分类界限与系统发生关系83
• 3.3 维蛱蝶族的分类界限与系统发生关系83-84
• 3.4 枯叶蛱蝶族的分类界限与系统发生关系84
• 3.5 蛱蝶族各属间的系统发生关系84-85
• 3.6 黄肱蛱蝶族的分类界限与系统发生地位85-87
• 第五章 蛱蝶亚科（鳞翅目：蛱蝶科）主要类群的历史生物地理学研究87-96
• 1 研究方法88-89
• 1.1 谱系年代学分析88-89
• 1.2 生物地理学分析89
• 2 结果与分析89-93
• 2.1 分歧时间的估算89-90
• 2.2 系统地理学分析90-93
• 3. 讨论93-96
• 参考文献（References）96-111
• 致谢111-112
• 附：攻读博士学位期间论文发表及获奖情况112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王晓灿;孙晓燕;孙倩倩;张大秀;胡静;杨群;郝家胜;;斐豹蛱蝶线粒体基因组全序列的测定和分析(英文)[J];动物学研究;2011年05期

  本文关键词：蛱蝶科蝶类主要分类群的分子系统学和历史生物地理学分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：387295