横断山脉地区蚯蚓的物种分化和地理分布格局研究

Earthworm has a weak move ability and is sensitive to the temperature and moisture. The “jump dispersal”, caused by climate change and plate movement, is of great importance in earthworm speciation and geographical patterns. Both of the families Megascolecidae and Moniligastridae have special geographical significance in China. However, the mechanism of their speciation and geographical patterns are still unclear. According to the complicated topographic feature and paleoclimate change, Hengduan Mountain Region is not only the key area to study the biodiversity and biogeography in China, but also the origin and speciation center of East Asia flora. In the present project, we will firstly make a comprehensive investigation of earthworm biodiversity and their geographical distribution patterns in Hengduan Mountain Region. Secondly, molecular phylogenetic relationship of earthworms will be constructed by the combined sequences of mtDNA (COI, COII, 16S, 12S, ND1, cytB) and nuclear 28S ribosomal DNA. Meanwhile, the RAD-seq technique will also be used to analyze the population genetic structure and the rule of dispersal of earthworms in Hengduan Mountain Region. Finally, the factors affecting the speciation and geographical patterns of earthworms will be discussed. The results will be affluent in earthworm biodiversity in China. It also has the great biogeographical significance in understanding the response of earthworms to the environmental change. And it is the important supplementation to the research of the origin, evolution and genetic diversity of earthworms in China as well. Furthermore, the results will help us to predict the tendency of the distribution of soil invertebrates under global environmental change in the future.

蚯蚓主动扩散能力较弱，对温湿度敏感。已有研究证明板块运动和气候变化造成的跳跃式扩散是正蚓科蚯蚓物种分化和地理分布格局形成的重要原因。然而，我国具有特殊的地理意义的巨蚓科和链胃蚓科蚯蚓的物种分化和地理分布格局形成机制尚未清晰。受古气候变化和复杂地理条件的影响，横断山脉地区成为东亚植物区系的起源和分化中心，也是研究我国生物多样性和生物地理分布格局形成的重点区域。本研究将全面了解横断山脉地区蚯蚓物种组成和地理分布格局，并通过联合线粒体基因、核基因和RAD-seq测序技术分析该地区蚯蚓的亲缘关系、种群遗传结构和分化扩散规律，以期阐明该地区蚯蚓物种分化和地理分布格局形成机制。该项研究对于丰富我国蚯蚓区系，揭示蚯蚓对环境变化的响应机制有重要的生物地理学意义，也是我国蚯蚓起源、演化和遗传多样性研究的重要补充。研究结果也将为预测全球环境变化下土壤无脊椎动物的未来分布趋势提供科学参考。

蚯蚓主动扩散能力较弱，对温湿度敏感。已有研究证明板块运动和气候变化造成的跳跃式扩散是正蚓科蚯蚓物种分化和地理分布格局形成的重要原因。然而，我国具有特殊地理意义的巨蚓科和链胃蚓科蚯蚓的物种分化和地理分布格局形成机制尚未清晰。受古气候变化和复杂地理条件的影响，横断山脉地区成为东亚植物区系的起源和分化中心，也是研究我国生物多样性和生物地理分布格局形成的重点区域。因此，本研究在全面系统调查横断山脉地区蚯蚓物种组成和地理分布格局的基础上，通过联合5个线粒体基因和RAD-seq测序技术分析该地区蚯蚓的亲缘关系、种群遗传结构和分化扩散规律，以期阐明该地区蚯蚓物种分化和地理分布格局形成机制。研究结果表明：（1）截止到目前，横断山脉地区蚯蚓物种共4科12属203种/亚种，含60种新物种，在纬度31º-33ºN和海拔1000-3000m的地区蚯蚓多样性最为丰富；（2）横断山脉地区的蚯蚓物种可分为9个Group和单一物种（M405）。链胃蚓科与正蚓科、正蚓科与巨蚓科约在三叠纪晚期分开。巨蚓科蚯蚓种内分化始于古近纪始新世晚期，环毛类蚯蚓约在新近纪中新世出现；（3）规整远盲蚓的三个谱系群体中G3的遗传变异程度最高，G2最低。遗传分化差异G2与G5最大，G3与G5最小。基因交流仅出现在G3与G2间，且迁移方向是G3到G2；（4）结合横断山脉地区古地理环境和古气候变化的资料，推测该地区巨蚓科蚯蚓祖先的扩散路径有二：一是古近纪始新世晚期从横断山脉南部邻接西双版纳和缅甸的地方向北、向西扩散；一是在新近纪中新世从横断山脉东北部邻接四川盘地的地方向西、向南、向北扩散。期间可能经历了8次扩散事件和6次地理隔离事件。河流造成的地理隔离屏障可能是种群间基因交流受阻的原因。该研究对于丰富我国蚯蚓区系，揭示蚯蚓对环境变化的响应机制有重要的生物地理学意义，也是我国蚯蚓起源、演化和遗传多样性研究的重要补充。研究结果也将为预测全球环境变化下土壤无脊椎动物的未来分布趋势提供科学参考。