雄性锹甲的生殖对策抉择ARTs及其进化机制-基于行为与SSRs标记的整合研究

As an enduring puzzle and hot topic in behaviral ecology and evolutionary biology, ARTs (alternative rproductive tactics) reflects the maximum reproductive tradeoff which individuals invest on their reproduction during the evolution. Stag beetle is a well-known organism for ARTs research due to its old origin, complicated morphology and interesting behaviour. However,there has been no detailed study about ARTs of different phenotype males intraspecifically.It has been not clear to the evolutionary mechanism of ARTs, i.e, what are the origins of them? how to keep coexistence among them? how to inherit steadily from the parental generation to the offspring in a same population? The following experiment has been designed to resolve and discuss these questions. Materials of stag beetles in these experiments come from one same lab population. Methods of behavioral study are used to reveal how many pattern of ARTs and how do they practice their special way in males. Also, methods of molecular genetics are used to verify ARTs with the SSRs markers in the population.The full procedure, SSRs filtering, PCR amplification, genotyper gene typing, paternity testing and identification will be carried out to analyse the reproductive success and evalue the reproductive incomes of each phenotype males,which will give further verification of males ARTs from the behavioral conclusions. Moreover, an integrative analysis of behavioral and molecuar data will be presented to constructe the evolutionary mechanism of ARTs in males.As a result,all the conclusions can be helpful not only to the research of beeltes reproductive behaviour, but to the resolution of ARTs, the long-lasting evolutionary puzzle.All the works will also provide more functional exmaples to discuss the morphological modification and behavioral evolution of animals thanks to Coleoptera(beetles)is such an important section in the animal kingdom.

生殖对策抉择(ARTs)反映出物种在进化过程中为获取最大生殖收益而做的权衡，一直是行为生态学和进化生物学研究中的难点与热点。锹甲虽是研究ARTs的良好素材，但不同颚型雄性各具怎样的生殖对策抉择并不清楚，这些抉择在同一种群中如何起源、共存、维持的进化机制还缺少深入研究。为此，本项目拟以锹甲室内繁育种群为研究对象，通过行为学研究，探明不同颚型雄性锹甲的生殖对策抉择究竟如何；同时采用分子遗传学相关研究方法和技术，通过微卫星标记(SSRs)的筛选、扩增、基因分型及子二代父权鉴定，判断不同颚型雄性的生殖收益，从分子水平对其生殖对策抉择予以检验。并将行为和分子数据进行整合分析，以阐释锹甲ARTs的进化机制。相应研究结果不仅能切实改善我国在世界甲虫生殖行为学研究中的极其落后现状，也将为解决ARTs这一生物学难题积累必需的科学数据，且将为从甲虫这一节点类群角度来探讨动物界的形态适应与行为进化提供一定参考。

锹甲一直是行为学研究的良好素材。但由于其野外种群量较少且不容易采集，且属于非模式生物，相关的生长发育、生理及分子遗传等方面的相关数据比较少，也阻碍了对这类生物的深入研究。有鉴于此，本项目主要研究内容之一是尝试在实验室条件下繁育两种生长发育周期相对较短(4个月左右完成1代)的小型锹甲二齿盾锹甲(Aegus bidens)和艾斯环锹甲(Cyclommatus elsae)来开展其行为学研究。通过本项目，目前已在小型锹甲的室内繁育方面积累了一定的经验，建立起了室内繁育的整套工作流程；明确了影响繁育效果的三大要素：挑选高品质的饲料并牢记灭菌，进入饲养过程中要密切关注温、湿度的调控；要尽量降低饲养场所的噪杂程度，提供安静、多黑暗的环境。内容之二是通过行为学数据分析，以了解雄性的ARTs的表现形式，并尝试通过分子遗传学研究，筛选微卫星位点，来探讨不同颚型雄性锹甲生殖对策的收益。行为学数据初步分析的结果显示颚型的大小与雄性的生殖对策抉择间存在一定的关系。颚型的发达几乎决定了雄性是否有资格获得与雌性的接触机会。大颚型雄性 (α型) 是发生打斗的主要个体，获胜的大颚型才有更多机会与雌性接触或交配；中颚型雄性 (β型) 鲜有参与在打斗过程中；小颚型雄性 (γ型) 几乎不参与这类过程，即使遭遇也采取逃跑策略。在分子遗传学研究探索中，由于在各大数据库中未能发现这种锹甲的相关微卫星引物及其近源种的EST序列，尝试采用经典的磁珠吸附法分离微卫星位点，来筛选微卫星引物。尽管所得的结果较不理想，在此过程中经历的诸多困难和教训为未来的微卫星引物筛选工作积累了许多有益经验。. 本项目的执行，也启迪了我们更加深入的理解和思考未来工作的科学意义：锹甲是具有独特取食朽木习性的生物，其肠道微生物对于其颚型的形成和行为具有决定性影响。从肠道微生物、形态适应、行为特点、物种分化等方面建立其综合研究网络来揭示这类非模式生物的演化规律，将是非常值得探索和令人期待的领域。而各项分子技术与数据分析方法的成本正迅速降低也将使这些研究更加高效和易于实施。