胡蜂科线粒体基因组学和系统发育研究

The family Vespidae is one of the most developed and diverse families in Hymenoptera, including solitary and social wasps. All the wasps are ferocious predators in forestry and agricultural ecosystems. Occasionally, a few wasps attack people and domestic animals, prey on silkworms and bees, or damage ripe fruits. The results of systematic taxonomy on the family will directly provide the scientific basis for the conservation and utilization of the useful insects and for the control of pests. So far, previous phylogenetic studies on Vespidae are mainly based on morphological characters, and some genera are not clearly separated or controversial. Only a few gene sequences are used in the phylogenetic studies in few genera. Studies on mitochondrial genomic data are lack. We try to sequence the mitochondrial genomes of 80-90 species in 52 genera of Vespidae around the world, to analyze the structural features of vespid mitochondrial genomes, and to reconstruct the phylogeny of subfamilies and genera in Vespidae. The criterions of molecular differences on mitochondrial genomes are also to be established among subfamilies, genera and species, respectively. Finally, combining with the results of phylogenetic and mitogenomic analyses and the relative biological characteristics, we will discuss the taxonomic status of subfamilies and genera, and the causes and mechanisms of accelerated evolution and gene rearrangement in their mitochondrial genomes, respectively.

胡蜂科是膜翅目昆虫中进化程度和种类多样性均较高的一个类群，包括独居性的蜾蠃及社会性的胡蜂和马蜂，均属于捕猎性天敌昆虫，也有少数种类偶尔攻击人或家畜、取食成熟水果而导致减产、以及少数胡蜂袭击蜜蜂而影响该产业，研究胡蜂科的系统演化为益虫的保护利用和害虫的防治提供直接的理论基础。该科系统发育研究一直停留在形态学方面，而部分属仅通过形态很难完全分开，其分类地位和演化关系一直处于混沌状态。目前仅有少量基因序列被用于该科个别属级分子系统学研究，在线粒体基因组学水平的研究接近空白。申请者拟测定该科世界范围内52属80-90个代表种的线粒体基因组全序列，分析其线粒体基因组结构特点，建立各分类阶元间的线粒体基因组分子差异标准，构建胡蜂科系统发育树，综合形态学及相关生物学习性等，探讨胡蜂科各亚科、各属的分类地位以及其线粒体基因组加速进化及基因重排事件发生的原因和可能的机制。

胡蜂科是膜翅目昆虫中进化程度和种类多样性均较高的一个类群，该科系统发育研究一直停留在形态学方面，而部分属仅通过形态很难完全分开，其分类地位和演化关系一直处于混沌状态。本研究测定了世界范围内胡蜂科6亚科95个代表种的线粒体基因组，研究发现大部分胡蜂科基因组包括37个基因，但是蜾蠃亚科线粒体基因组包含37-39个基因，主要是由于存在trnM及trnL2的重复；通过统计分析，胡蜂科各亚科线粒体基因组核苷酸的AT含量与其进化速率趋势一致，该科线粒体基因组进化速率与其AT含量存在一定相关性，此外，各个亚科的线粒体基因组均受纯化选择（Ka/Ks<1）。除狭腹胡蜂亚科外，其他亚科均在基因簇nad1- trnL1发生重排，形成基因簇trnL1-nad1（马蜂亚科邻腹胡蜂属变为trnL1- trnS2-nad1），此基因簇的形成可以用简单的TDRL模型来解释。.系统发育分析显示在胡蜂科各亚科的系统发育关系为：狭腹胡蜂亚科 + （“蜾蠃亚科” + （长腹胡蜂族 + （马蜂亚科 + 胡蜂亚科））），支持狭腹胡蜂亚科、马蜂亚科和胡蜂亚科的单系性及蜾蠃亚科的并系性，也显示蜾蠃亚科中的长腹胡蜂族独立于蜾蠃亚科，并与（马蜂亚科+胡蜂亚科）成姐妹关系，本研究支持将长腹胡蜂族恢复为长腹胡蜂亚科。分歧时间表明胡蜂科最近共同祖先的演化时间可追溯到三叠纪（约206百万年），而狭腹胡蜂亚科与其他各亚科分歧的时间在侏罗纪（约180百万年），蜾蠃亚科的分歧时间随后发生约160万年前，其他亚科发生在白垩纪时期（约105百万年），马蜂亚科与胡蜂亚科分歧大致在83百万年前。.通过本项目补充采集和记述了我国该科4个新纪录属29个新种16个新纪录种，极大地促进了我国胡蜂科区系分类研究的发展；已发表19篇学术论文，其中17篇SCI论文，有3篇SCI论文还在审稿中，超额完成目标任务。.本项目通过比较分析了胡蜂科各亚科的线粒体基因组特点及差异、各分类阶元的系统发生关系及分歧时间，以及补充种类记述，促进了我国胡蜂科分类研究的发展，为我国胡蜂科昆虫资源的保护利用和害虫的防治提供了第一手的基础科学资料。