小尺度空间下巨蚓科蚯蚓近缘物种的遗传分化与物种形成机制

Based on the preliminary speciation study, we propose a hypotheses: earthworms have weak dispersal ability, hence the gene flow among the populations is low, and reproductive isolation easily occurs, so the weak dispersal ability may be main driver of earthworm speciation in fine-scale space. In this study, we will collect about 20 related species which belonging to 4 monophyletic groups, from Daming Mountain Nature Reserve, Huaping Nature Reserve and Meihua Mountain Nature Reserve. After extracting and sequencing the genes CO1, CO2, ND1, 12S and 16S in mitochondrial DNA, objective phylogenetic trees will be constructed by maximum likelihood method and Bayesian method respectively. The single nucleotide polymorphisms (SNPs) of specimen are used to study population genetic diversity and differentiation of related species. Comprehensively analysis the population genetic and phylogenetic results to verify the hypotheses, and to reveal the speciation mechanism of close related species in the fine-scale space.

本项目基于前期研究发现的蚯蚓物种分化现象，提出假设：由于蚯蚓的主动扩散能力弱，影响了种群间的基因交流，小尺度空间下的祖先种群容易发生生殖隔离，从而形成新的物种，其主动扩散能力弱可能是小尺度空间下蚯蚓物种隔离分化的主要动因。研究将以前期研究工作为基础，在广西大明山、花坪与福建梅花山保护区这3个小尺度空间范围内，以已知的4个单系群为研究对象，收集区域内的近缘物种样本进行形态鉴定，并使用5个线粒体基因（COI、COII、ND1、12S与16S）开展分子鉴定及初步的系统发育分析，筛选出研究所需的目标类群；然后，采用基因组单核苷酸多态性位点（SNPs）估算种群遗传多样性，分析种群遗传结构和分子发育关系，从而验证小尺度空间下的蚯蚓基因交流频率较低的假设，研究近缘物种的形成模式，并深入探讨其形成机制，为全面阐述我国蚯蚓的起源、分化与扩散提供重要的科学基础。

2018-2020年期间，本研究对广西花坪、大明山与福建梅花山3个选定自然保护区及周边区域进行系统地蚯蚓采集 ，获得研究所需目标近缘物种标本。经形态分类与鉴定后进一步分析了主要类群的地理分布格局。研究选取了16个近缘物种77个代表性地理种群样本的线粒体5基因（COI、COII、ND1、12S与16S）序列，并筛选合适样本进行基因组SNPs进行测定，分别构建两种基因的系统发育树探讨物种亲缘关系，再分析其种群遗传多样性及遗传结构。研究还估计了目标类群的分化时间，重建了类群的祖先分布区域，分析类群分化与扩散路径，进而分析小尺度空间内物种、种群在时间和空间尺度上的演化历程，从而阐述了小尺度空间内物种分化模式。研究结果表明，蚯蚓运动能力弱、种群间基因交流频率不高是造成小尺度空间内巨蚓科蚯蚓近缘物种发生分化的主要原因。