喙尾琵甲谱系地理学研究

Blaps rynchopetera Fairmaire is a kind of national medicinal insect with important economic value. It is mainly distributed in southwestern China. The secretion of the adult beetle have been commonly used by local people to diminish inflammations and treat cancers. In recent years, the number of the insects has been increasingly reduced for the overly exploitation on its wild populations, so the genetic background of the beetle is urgently needed to conserve and cultivate it better. In this study, a range-wide population sampling and analysis of morphological variation and molecular phylogeography of the beetle will be conducted to address the following issues: 1)The relationship of morphological variation and geographical distribution; 2)The pattern of genetic differentiation and its contributing factors; 3)The original areas and dispersal route(s) of the insect, and the relationship between its dispersal and human migration. The results can not only infer the genetic structure of natural populations and provide a clue to explain the causing of high biodiversity in southwestern China, but also contribute to better conservation and larger-scale cultivation of natural populations of this important insect.

喙尾琵甲分布于我国西南地区，是民间常用的一种药用昆虫，用于发烧、疥疮、癌症等疾病的治疗，具有重要的经济价值。但近年来，受生境减少和人为过度捕捉的影响，数量正在锐减，并且遗传背景信息的缺乏直接影响着该昆虫的保护和人工培育。本项目拟通过全分布区采样，对喙尾琵甲开展形态变异和分子谱系地理学研究。从形态上，探讨其形态变异与地理分布的关系；在分子水平上，联合线粒体和核基因片段开展谱系地理学研究，阐明喙尾琵甲遗传分化的格局及成因；同时，将形态变异、分子谱系、地理和环境因子相结合，推测喙尾琶甲可能的起源区域和扩散路线及与近代人类迁移的关系，最终揭示该昆虫遗传多样性的形成原因，以及种群遗传分化和空间分布的关系，为揭示西南地区生物多样性的形成原因提供线索，为管理、保护和合理利用该种具有重要经济价值昆虫的遗传资源提供科学指导，并为人工引种繁育奠定理论基础。

中国西南是我国物种多样性最丰富、特有性最高的地区，物种进化历史十分复杂，而谱系地理学将种内水平上的微进化和种及种上水平的大进化有机结合起来，是解决该区域及其毗邻地区的高遗传多样性的来源和发育机制的有力工具。本项目以该地区分布的药用昆虫喙尾琵甲为研究对象，通过全分布区采样，对喙尾琵甲开展形态变异和分子谱系地理学研究。结果表明：（1）喙尾琵甲触角感受器类型丰富，有7类10种感器，并在东部分布区的马关、瓮安、石林3个地理种群触角鞭节的毛形感器存在末端分叉现象，而7个地理种群的刺形感器CS、毛形感器TS1、栓锥形感器StS1和锥形感器BS2的形态数值差异关系复杂，不具有偏向性。（2）喙尾琵甲具有较高的形态多样性，对7个地理种群114个形态特征进行的群间形态总体差异显著性配对t检验表明，分布区北缘的西昌和鲁甸种群与其余种群间的差异极显著（P<0.01）；石林、马关和瓮安种群间，以及兰坪与瓮安种群间差异不显著；40个形态特征与13个环境因子间存在显著和极显著的相关关系，表明地理种群的形态特征受到环境因子的影响，而发生了相应的变化。（3）基于190个喙尾琵甲个体的mtDNA COI和COII合并序列分析，检测到66种单倍型，东部群体有5个共享单倍型，西部群体的单倍型均为各种群特有。系统发育分析和群体遗传学分析发现，喙尾琵甲种群在田中—楷永线两侧有显著的谱系地理分化，分化为东部和西部两个群体，对该线的存在予以支持，认定这一分界线不仅适用于植物，对该地区分布的昆虫及其它动物的分化都有参考价值。进一步分析还发现，较之比较稳定的东部群体，西部群体间的分化较大。Mantel检验暗示喙尾琵甲种群间相对较高的遗传分化可能主要是由地理隔离造成的。中性检测和失配分析都没有检测到种群明显扩张的历史。推测喙尾琵甲可能存在东部的昭通地区和西部的横断地区两个冰期避难所，并在冰期促进下向南部地区扩散。（4）基于mtDNA和核DNA联合序列的分析，同样支持该甲虫东部和西部群体间发生了明显的分化，但基于ITS2基因序列的分析未与这一结果达成一致。研究结果印证了西南地区一条重要的生物地理分界线的存在，并对该地区的生物多样性保护提供科学参考。