中华大仰蝽的谱系地理学研究(半翅目:异翅亚目:仰蝽科)

The climate changes during the Quaternary glacial period caused the changs of the distributions of majority of species, and also affecting the population genetic structures of these species. Therefore, to study the distribution patterns of genetic variations (genetic structure) can trace the history of the geographical distribution of the modern animal populations. In this project, the natural populations of Notonecta chinensis Fallou (Hemiptera, Heteroptera, Notonectidae), which has a China-Japan distribution pattern, will be sampled as the research material, and molecular phylogeography method will be used to study the genetic variation. Mitochondrial genes COI, 16S rDNA, Cyt b and nuclear gene ITS2 are selected as molecular markers. Coalescent theory and other methods will be used to analyze the population genetic data, to build the evolutionary history of this species, to identify its origin place, glacial refuges and postglacial migration route. The results will not only provide a typical case for understanding how the species responded to the Pleistocene glacial climate changes, but also will be of the reference for the phylogeographic study of other aquatic insects.

第四纪冰期气候变迁，使得多数物种分布区发生改变，从而进一步影响了物种的种群遗传结构。因此，对物种遗传变异分布模式（遗传结构）的研究可以追溯现代动物分布种群的地理分布历史。本项目拟以中国-日本分布的、在水体中捕食蚊类幼虫等猎物的水生昆虫-中华大仰蝽为研究对象，利用野外调查取样和分子谱系地理学的方法研究该物种自然群体在单亲遗传线粒体DNA以及双亲遗传核DNA两套基因组上的DNA序列遗传变异，确定它们在种群内、种群间和整个地理分布范围上的现代分布格局；利用溯祖理论和方法等对群体遗传学数据进行分析，构建该物种谱系进化历史，鉴定其起源地、冰期避难所和冰期后的迁徙路线。研究结果对于理解物种响应第四纪气候变迁的生物地理学模式将提供一个典型案例，也将对其它水生昆虫的谱系地理学研究具有借鉴意义。

中华大仰蝽为水生捕食性半翅目昆虫，主要分布在中国，日本仅冲绳一个记录分布点，适合于作为研究水生昆虫谱系地理学的模式物种。研究第四纪气候波动与物种演化的关系有助于我们探究物种与区域生物多样性的形成机制。本项目采用线粒体基因COI，COII，D-loop和核基因ITS2，对中华大仰蝽19个地理种群共315个个体进行谱系地理分析，遗传多样性结果显示该物种具有较高的单倍型多样性和核苷酸多样性；贝斯树和最大似然树均显示该物种无明显遗传分化，未形成遗传支系，Network单倍型网络图进一步支持系统发育树结果；AMOVA分析显示主要遗传变异发生在个体之间而非各地理种群之间。Migrate结果显示第四纪各种群间有复杂的网状基因交流，暗示各种群之间频繁的基因交流阻碍了种群隔离与遗传分化。以上结果表明中华大仰蝽各群体间有频繁个体交流，具有很强的长距离移动能力。关于种群数量动态方面，各地理种群的Fu's Fs和Tajima's D检验值均为显著的负值，同时核苷酸错配分布图为单峰，表明多数地理种群均发生了快速的扩张。BSP天空线结果显示种群数量第四纪冰期无明显变化，冰期之后种群数量增加。结论：中华大仰蝽没有明显的谱系分化，这既是由于其物种内部的分化时间较短造成的，也与该物种具有较强的扩张能力有关。冰期之后种群发生扩增现象，可能是由于大规模的冰川消退，温度转暖以后，该物种从从避难所向新的适宜的栖息地扩展。研究结果可为水生昆虫的谱系地理学研究提供参考。