中国石蛃目昆虫分子系统学与生物地理学研究

Bristletails (Order Microcoryphia), as primitive apterous insects, are ideal subjects for comparative morphology, molecular phylogeny and verifying bio-geological events. In the previous study, we found the contradiction of phylogeny in Microcoryphia based on morphology and molecular markers, which is a problem in constructing phylogenetic relationships in Machilidae that should be solved quickly. a difficult scientific problem. Based on previous taxonomy and phylogenetic study on Machilidae from China, using microscopic and ultr-amicroscopic morphology research technology, this project aims at defining this family accurately by taxonomic revision, comparative morphology, molecular phylogeny and biogeography study. This project also includes completing the database of morphological characters, reconstructing evolutionary relationships among Microcoryphia based on morphological data and molecular markers, resolving the phylogenetic relationships among Microcoryphia and other correlative orders, establishing geographic distribution of database, and depicting geological distribution using GIS technology and explaining the reasons for the distribution. The results of this project will solve some ambiguity associated with the phylogeny of inter- or intra-order about Microcoryphia, providing crucial basis for a more reasonable classification system and the process of forming the bristletails, as well as laying the foundations for discussing the origin of insect.

石蛃是最原始的无翅昆虫，是开展比较形态学、分子系统学和验证地质历史事件的理想材料。在前期研究中，形态学特征和分子标记的研究结果的不一致性，成为石蛃目系统发生关系亟待解决的问题。本项目在前期中国石蛃科分类与系统发生研究基础上，拟采用显微与超显微形态学研究技术和分子标记技术（线粒体基因组和核基因序列），开展对石蛃目分类体系的修订、比较形态学、进化与系统发生和生物地理学研究，以期准确界定石蛃昆虫和完善石蛃目分类体系，构建完善的石蛃形态特征数据库；基于形态学数据和分子标记，对石蛃目的系统发生关系进行重建，明确石蛃目内部阶元的系统发生关系；初步建立中国石蛃目物种地理分布数据库，利用GIS手段并结合分子系统地理学探讨石蛃分布格局的形成机制。研究成果将解决石蛃目内部及与石蛃相关类群的系统发生关系，为合理制定石蛃目分类系统和中国石蛃形成提供重要依据，为将来更有效地探讨昆虫的起源奠定基础。

项目组对浙江、福建、宁夏、新疆等省市区近20多个采样点进行了系统的标本采集，共发现18新种和16已知种，使得石蛃物种数达48种，相关新属或新种共18 个分类阶元待发表，其中发现中国新纪录亚科古蛃亚科1新属2新种，为石蛃科系统发生关系探讨奠定基础。在形态鉴定基础上，通过扫描电镜对细微的触角听觉感受器等特征进行深入研究，发现听觉感受器可以作为物种区别的一个典型形态特征。对所有采集到的石蛃物种建立了DNA条码数据库，基于DNA条码的中国石蛃分类研究发现，跳蛃属物种呈现自南向北扩散，从东南亚扩散到北方并通过白令海峡扩散到北美，形成现有的顺时针扩散的环太平洋分布格局。并测定了石蛃科三个亚科（古蛃亚科、新蛃亚科、石蛃亚科）28种石蛃代表物种的线粒体基因组全序列和核基因序列，构建系统发生树（NJ、MP、ML、BI），发现石蛃科不是单系群；石蛃亚科与新蛃亚科也均不是单系群，该结果表明以现有的形态特征作为石蛃科系统分类的依据不能很好地反应石蛃目各物种的正确系统发生关系，石蛃分类体系有待修订。基于石蛃和衣鱼为外群的线粒体基因组系统发生关系发现，虽然随着石蛃和衣鱼为外群物种数量和种类变化会产生一些差异，但支持蜻蜓目为有翅昆虫的起源类群，并不支持蜉蝣目或古翅类为有翅昆虫起源类群。同时，随着外群和内群种类的变化，多新翅类的单系性也得到一定的质疑，以上研究有待增加相应代表类群的的物种数量进行深入研究。项目研究期间培养7名研究生，其中2名获校优秀研究生论文，已发表SCI论文7篇，正在小修2篇和正在审稿2篇。