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        高榕榕果內(nèi)Eupristina屬兩種榕小蜂的遺傳進(jìn)化關(guān)系

        2013-12-09 06:35:36陳友鈴孫伶俐武蕾蕾吳文珊嚴(yán)菊媛
        生態(tài)學(xué)報(bào) 2013年19期

        陳友鈴,孫伶俐,武蕾蕾,吳文珊,嚴(yán)菊媛,劉 燕

        (福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,福建省發(fā)育與神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350117)

        高榕榕果內(nèi)Eupristina屬兩種榕小蜂的遺傳進(jìn)化關(guān)系

        陳友鈴,孫伶俐,武蕾蕾,吳文珊*,嚴(yán)菊媛,劉 燕

        (福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,福建省發(fā)育與神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350117)

        對(duì)生長(zhǎng)在福州地區(qū)的高榕進(jìn)行長(zhǎng)期追蹤觀察,發(fā)現(xiàn)高榕榕果內(nèi)僅生活著Eupristinaaltissima和Eupristinasp.榕小蜂,前者為高榕的傳粉小蜂,后者無傳粉行為,兩者雌蜂之間在體色、觸角、花粉袋和花粉刷等部位存在細(xì)微的差異,而兩者雄蜂之間無形態(tài)差異。通過克隆福建地區(qū)5個(gè)樣地的高榕榕果內(nèi)收集到的E.altissima和Eupristinasp.榕小蜂,以及細(xì)葉榕的傳粉小蜂Eupristinaverticillata(外群)的Cytb及COI基因,并進(jìn)行堿基組成及遺傳距離分析,用鄰接法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,分析兩榕小蜂群體之間的遺傳進(jìn)化關(guān)系,結(jié)果顯示:(1)榕小蜂COI及Cytb序列堿基組成中A+T的含量(Cytb序列中A+T=75.3%,COI序列中A+T=75.5%)顯著高于G+C,符合膜翅目昆蟲線粒體基因堿基組成特征。(2)對(duì)兩群體小蜂進(jìn)行遺傳距離分析顯示,Cytb序列中E.altissima和Eupristinasp. 群體內(nèi)各樣本之間的平均遺傳距離分別為0.0092和0.0030,而E.altissima與Eupristinasp. 群體間的平均距離為0.1588;COI序列中E.altissima與Eupristinasp. 群體內(nèi)各樣本之間的平均遺傳距離分別為0.0065和0.0205,而二者群體間的平均遺傳距離為0.1043,表明兩者群體間的遺傳距離明顯大于各自群體內(nèi)各樣本間的遺傳距離。統(tǒng)計(jì)GenBank中下載的6個(gè)屬34種榕小蜂Cytb序列的種間遺傳距離為0.0811—0.1723,6個(gè)屬28種榕小蜂COI序列的種間遺傳距離為0.0939—0.1986。由此認(rèn)為E.altissima和Eupristinasp.之間的遺傳距離差異已經(jīng)達(dá)到了種間水平,即E.altissima與Eupristinasp.為兩個(gè)不同的種。(3)在形態(tài)上,兩種小蜂的雌蜂之間有微小差異,而二者雄蜂之間無差異,但Cytb與COI序列分析結(jié)果一致表明:E.altissima與Eupristinasp.雄蜂之間,以及二者雌蜂之間的遺傳距離均差異顯著,表明形態(tài)變異滯后于基因變異。雌蜂在表型上進(jìn)化快于雄蜂,可能是由于雌蜂羽化后從榕果出飛,受到外界環(huán)境因素的影響較大,且兩種雌蜂在傳粉功能上存在差異,故二者之間的形態(tài)差異較大,而雄蜂壽命短,又終生生活在黑暗封閉、環(huán)境變化相對(duì)恒定的榕果內(nèi),兩種雄蜂在行為上不存在差異,故二者表型變異較為緩慢。E.altissima和Eupristinasp.小蜂對(duì)宿主的專一性不強(qiáng),在榕-蜂協(xié)同進(jìn)化過程中,可能發(fā)生過宿主轉(zhuǎn)移事件。

        高榕;高榕傳粉小蜂;DNA條形碼;遺傳結(jié)構(gòu);Cytb;COI

        高榕(FicusaltissimaBlume)隸屬于??崎艑?,雌雄同株,常綠喬木,高可達(dá)30m。榕果成對(duì)腋生,橢圓狀或卵圓形,幼時(shí)包藏于早落的風(fēng)帽狀苞片內(nèi),無柄,成熟時(shí)紅色或帶黃色。高榕原產(chǎn)于印度、尼泊爾、緬甸、泰國、馬來西亞、印度尼西亞、菲律賓等地區(qū),在我國主要分布于海南、廣西、四川、云南南部至中部等地[1- 2]。1981年Nair等人首次報(bào)道了印度地區(qū)的高榕榕果中的傳粉小蜂為Eupristinaaltissima[3],但未發(fā)現(xiàn)Eupristinasp. 的存在。引種到美國的弗羅里達(dá)州栽培的高榕,其傳粉小蜂亦為E.altissima,同樣在該地的高榕榕果內(nèi)未發(fā)現(xiàn)Eupristinasp.[4- 6]。高榕在中國引種栽培的歷史悠久,在長(zhǎng)江以南地區(qū),高榕作為行道樹而廣為栽培。2003年谷海燕等發(fā)現(xiàn)云南西雙版納地區(qū)的高榕榕果內(nèi)有23種非傳粉小蜂,以及兩種傳粉小蜂:E.altissima和Eupristinasp.,兩者差異主要體現(xiàn)在體色和觸角索節(jié)數(shù)量的不同[7];2008年彭艷瓊等對(duì)這兩種小蜂的傳粉效率進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)Eupristinasp.幾乎沒有傳粉能力,在形態(tài)上Eupristinasp. 無傳粉小蜂所特有的花粉刷,且花粉筐極度退化[8]。目前未發(fā)現(xiàn)兩種小蜂的雄蜂在形態(tài)上存在差異。本實(shí)驗(yàn)室自2005年至2012年間對(duì)生長(zhǎng)在福建地區(qū)的高榕進(jìn)行長(zhǎng)期的追蹤觀察,結(jié)果表明,福建高榕榕果中只有兩種小蜂:即Eupristinaaltissima和Eupristinasp.,而無其他種類的非傳粉小蜂,本實(shí)驗(yàn)擬利用分子標(biāo)記技術(shù),揭示高榕榕果內(nèi)這兩個(gè)形態(tài)高度相似,功能性行為迥異的小蜂種群之間的遺傳進(jìn)化關(guān)系。

        2003年,加拿大的Hebert教授以鱗翅目昆蟲為研究對(duì)象,提出了用基因片段來區(qū)分物種的DNA條形碼技術(shù)(DNA barcoding)[9]。DNA條形碼技術(shù)是用短的DNA片段對(duì)物種進(jìn)行識(shí)別和鑒定的分子生物學(xué)技術(shù)。線粒體細(xì)胞色素b(Cytb)和細(xì)胞色素c氧化酶亞基I(COI)是廣泛應(yīng)用于動(dòng)物物種鑒定的DNA條形碼[10- 13]。線粒體Cytb與COI基因具有進(jìn)化速度適中,序列沒有內(nèi)含子,很少存在插入和缺失的特點(diǎn),且在細(xì)胞內(nèi)為多拷貝能很容易地利用引物擴(kuò)增,是進(jìn)行物種鑒定的優(yōu)秀標(biāo)記基因[14- 15]。近年,Cytb與COI基因被廣泛運(yùn)用于榕小蜂與榕樹的系統(tǒng)演化[16- 17]、榕小蜂新種和隱種的發(fā)現(xiàn)[18- 20]、榕小蜂宿主特異性分析[21- 22]及榕小蜂雄性多型鑒定[23]等的相關(guān)研究中。

        本文通過克隆高榕榕果內(nèi)的Eupristinaaltissima和Eupristinasp.榕小蜂,以及細(xì)葉榕(Ficusmicrocarpa)榕果的傳粉小蜂Eupristinaverticillata(外群)的COI和Cytb基因,并與通過GenBank下載的榕小蜂科(Agaonidae)榕小蜂的COI和Cytb序列進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建,探討共存于高榕榕果內(nèi)的兩種榕小蜂之間的遺傳關(guān)系,并進(jìn)一步推測(cè)它們可能的遺傳進(jìn)化模式。

        1 材料和方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        實(shí)驗(yàn)中所涉及的實(shí)驗(yàn)材料及采集樣地見表1。

        表1 實(shí)驗(yàn)材料、樣本代碼及采集樣地

        “-”表示無此樣本

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 實(shí)驗(yàn)樣本的采集與保存

        將野外采集處于雄花期即將出蜂的高榕和細(xì)葉榕榕果帶回到實(shí)驗(yàn)室,利用單果收蜂的方法[24]收集榕小蜂。在解剖鏡下,對(duì)出飛的雌蜂形態(tài)進(jìn)行觀察和鑒定,收集單個(gè)榕果內(nèi)出飛的雌蜂為單一種類(E.altissima與Eupristinasp.兩種小蜂僅存在一種)的榕果內(nèi)的雌、雄蜂,分別存放在含95%乙醇溶液的1.5 mL的離心管中,使小蜂迅速死亡,貼上標(biāo)簽,置于4 ℃保存。為了保證保存液始終為高濃度的乙醇,在保存期間要定期更換乙醇。

        1.2.2 基因組DNA的提取及目的基因的擴(kuò)增

        取95%酒精下儲(chǔ)存的榕小蜂樣品用酚氯仿抽提法進(jìn)行基因組DNA提取。對(duì)提取的基因組DNA進(jìn)行目的片段的PCR擴(kuò)增。擴(kuò)增引物如下:

        COI-F 5′CAACATTTATTTTGATTTTTTGG3′

        COI-R 5′TCCAATGCACTAATCTGCCATATTA3′

        Cytb-F 5′TATGTACTACCATGAG GACAAATATC3′

        Cytb-R 5′ATTACACCTCCTAATTTATTAGGAAT3′

        COI基因擴(kuò)增條件為:94 ℃預(yù)變性3 min;94 ℃變性30 s,54℃退火30 s,72℃延伸40 s(34個(gè)循環(huán));72 ℃延伸7 min。Cytb基因擴(kuò)增條件為:94 ℃預(yù)變性4 min;94 ℃變性30 s,57 ℃退火60 s,72 ℃延伸60 s (35個(gè)循環(huán));72 ℃延伸5 min。

        對(duì)PCR擴(kuò)增的產(chǎn)物直接進(jìn)行測(cè)序,所有PCR產(chǎn)物均送至生工生物公司進(jìn)行測(cè)序。將測(cè)序所得序列上傳GenBank上。

        1.2.3 序列比對(duì)和系統(tǒng)發(fā)育樹的建立

        測(cè)序結(jié)果利用CLUSTAL X 1.83進(jìn)行序列比對(duì),BioEdit 3.3校正比對(duì)結(jié)果,用MEGA4.0軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)樣本序列間的堿基替換機(jī)堿基組成分析,并用Mega4.0軟件中的鄰接(Neighbor-Joining NJ)法對(duì)COI和Cytb序列建立系統(tǒng)發(fā)育樹并進(jìn)行分析。

        2 結(jié)果

        2.1 Cytb與COI基因序列分析

        2.1.1 Cytb基因片段堿基組成分析

        采用Mega4.0軟件,對(duì)E.altissima和Eupristinasp.小蜂(20個(gè)樣本)校準(zhǔn)后的371 bp序列進(jìn)行堿基組成分析,結(jié)果表明:Cytb基因序列中,不變位點(diǎn)317個(gè),變異位點(diǎn)52個(gè),簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)47個(gè),自裔位點(diǎn)5個(gè),變異性為14.0%。

        T,C,A,G四種堿基的平均含量分別為41.5%,14.9%,33.8%,9.8%,A+T的含量為75.3%,而G+C的含量為24.7%,A+T的相對(duì)含量明顯高于G+C的含量,這是膜翅目昆蟲線粒體基因序列的共同特點(diǎn)。

        Cytb密碼子不同位點(diǎn)的核苷酸頻率及堿基替換情況見表2,由表2可知,在密碼子的各個(gè)位點(diǎn)上A+T含量均偏高,尤其在第二位點(diǎn)上A+T的含量高達(dá)85.4%,偏向最為明顯,其中T的使用最為頻繁達(dá)到46.7%,反映出Cyt b 基因在密碼子使用上具有偏向性。E.altissima和Eupristinasp.小蜂的Cytb基因序列上核苷酸的轉(zhuǎn)換數(shù)(si)大于顛換數(shù)(sv)。密碼子第二位點(diǎn)的轉(zhuǎn)換和顛換發(fā)生的頻率明顯高于第一、三位點(diǎn)。

        表2 Cytb密碼子不同位點(diǎn)的堿基頻率及堿基替換

        2.1.2 COI基因的堿基組成分析

        用Mega4.0軟件對(duì)E.altissima和Eupristinasp.小蜂(17個(gè)樣本)校準(zhǔn)后的501bp序列進(jìn)行堿基組成分析,結(jié)果表明:COI基因序列中,不變位點(diǎn)434個(gè),變異位點(diǎn)60個(gè),簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)55個(gè),自裔位點(diǎn)4個(gè),變異性為12.0%,與Cytb序列的變異性(14.0%)相似。

        A,T,G,C的平均含量分別為32.4%,43.0%,15.9%,8.7%,A+T的含量為75.5%,G+C含量為24.5%,A+T的含量明顯高于G+C的含量,符合膜翅目昆蟲線粒體基因序列的共同特點(diǎn)。

        COI密碼子不同位點(diǎn)的核苷酸頻率及堿基替換統(tǒng)計(jì)見表3,表中可知,與Cytb序列相似COI序列密碼子的各個(gè)位點(diǎn)上A+T含量均偏高,第一位點(diǎn)A+T的含量為85.3%,A+T偏向尤為明顯,其中T的使用最為頻繁為44.5%。說明COI基因在密碼子使用上也具有偏向性。E.altissima和Eupristinasp.小蜂COI基因序列上核苷酸顛換數(shù)(sv)大于轉(zhuǎn)換數(shù)(si)。密碼子第一位點(diǎn)的轉(zhuǎn)換和顛換發(fā)生的頻率明顯高于第二、三位點(diǎn)。

        表3 COI密碼子各堿基頻率及堿基替換

        2.2 Cytb及COI序列遺傳距離分析

        2.2.1 Cytb基因遺傳距離分析

        用Mega4.0軟件中對(duì)Eupristina屬小蜂Cytb序列計(jì)算K2P遺傳距離計(jì)算,結(jié)果表明:E.altissima10個(gè)樣本之間的遺傳距離為0—0.0287,平均遺傳距離為0.0092;Eupristinasp. 10個(gè)樣本之間的的遺傳距離為0—0.0055,平均遺傳距離為0.0030,表明同種個(gè)體之間遺傳距離差異小,而E.altissima與Eupristinasp.之間的遺傳距離為0.1527—0.1678,平均距離為0.1588,表明E.altissima與Eupristinasp.之間的遺傳距離明顯大于它們各自個(gè)體之間的遺傳距離。

        E.altissima雌蜂樣本間的遺傳距離為0,雄蜂樣本之間的遺傳距離為0.0000—0.0287,平均遺傳距離為0.0157;Eupristinasp.雌蜂樣本中除了旗山采集的樣本與別的樣本之間的遺傳距離為0.0055,其余各樣本之間的遺傳距離都為0;雄蜂樣本中除了倉山采集的樣本與別的樣本之間的遺傳距離為0.0055,其余樣本之間的距離都為0。兩種小蜂的雌蜂之間的遺傳距離在0.1582—0.1587之間,平均遺傳距離為0.1586,兩種雄蜂之間的遺傳距離為0.1527—0.1678,平均遺傳距離為0.1590,表明E.altissima與Eupristinasp.之間,雄蜂之間Cytb遺傳距離大于雌蜂。

        2.2.2 COI基因遺傳距離分析

        用Mega4.0軟件中對(duì)Eupristina屬小蜂COI序列計(jì)算K2P遺傳距離計(jì)算,結(jié)果表明:E.altissima7個(gè)樣本之間的遺傳距離為0—0.0165,平均遺傳距離為0.0065;Eupristinasp. 10個(gè)樣本之間的的遺傳距離為0—0.0379,平均遺傳距離為0.0205,表明種內(nèi)個(gè)體之間遺傳距離差異較小,而E.altissima與Eupristinasp.之間的遺傳距離為0.0940—0.1149,平均距離為0.1043,表明E.altissima與Eupristinasp.之間的遺傳距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它們各自個(gè)體之間遺傳距離。

        E.altissima雌蜂樣本間的遺傳距離為0,雄蜂樣本之間的遺傳距離為0.0020—0.0144,平均遺傳距離為0.0110;Eupristinasp.雌蜂樣本之間的遺傳距離為0—0.0102,平均遺傳距離為0.0057,雄蜂樣本之間的遺傳距離為0.0061—0.0252,平均遺傳距離為0.0139,表明種內(nèi)雄蜂個(gè)體之間的遺傳距離大于雌蜂。兩小蜂的雌蜂之間的遺傳距離在0.1015—0.1042之間,平均為0.1036,兩雄蜂之間的遺傳距離為0.0940—0.1149,平均遺傳距離為0.1052,表明E.altissima與Eupristinasp. 雄蜂之間的COI序列遺傳距離大于雌蜂。

        2.3 系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建

        從GenBank上下載Eupristina屬和Blastophaga屬(作為外群)榕小蜂的Cytb和COI序列(表4),與實(shí)驗(yàn)樣本一起構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(圖1,圖2)。

        表4 GeneBank中下載的相關(guān)榕小蜂序列

        用Mega4.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)所得與GenBank中下載的榕小蜂Cytb與COI序列用NJ(Neighbor-joining)法,同時(shí)用重復(fù)抽樣1000次檢驗(yàn)分子系統(tǒng)樹各分支的置信值,建立系統(tǒng)發(fā)育樹見圖1、圖2。圖中顯示,E.altissima的各樣本與Eupristinasp.各樣本各自匯聚成一支,顯示出較近的親緣關(guān)系?;趦煞N分子標(biāo)記序列建立的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示出相似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),E.altissima與Eupristinasp.榕小蜂個(gè)體先分別匯聚成一支然后兩群體再匯聚到一起與該屬的別的種類的小蜂匯聚,最后與外群Blastophaga屬小蜂匯聚,這顯示出兩群體親緣關(guān)系較近的同時(shí)兩群體之間產(chǎn)生了變異。兩個(gè)屬及屬內(nèi)的各種小蜂都能夠明顯的區(qū)分開來,這說明Cytb與COI基因可以作為榕小蜂鑒別的分子標(biāo)記。

        3 討論

        3.1 E. altissima和Eupristina sp.小蜂之間的分子遺傳關(guān)系

        本研究用線粒體Cytb及COI序列對(duì)福州地區(qū)高榕榕果內(nèi)存在的E.altissima與Eupristinasp.小蜂進(jìn)行分析,Cytb序列分析顯示:E.altissima和Eupristinasp. 群體內(nèi)各樣本間的平均遺傳距離分別為0.0092和0.0030;而E.altissima與Eupristinasp. 群體間的平均距離為0.1588,表明兩者群體間的遺傳距離明顯大于各自群體內(nèi)各樣本間的遺傳距離。統(tǒng)計(jì)GenBank中下載的6個(gè)屬34種榕小蜂Cytb序列的種間遺傳距離為0.0811—0.1723,因此,Cytb序列分析表明E.altissima與Eupristinasp.為兩個(gè)不同的種。COI序列分析顯示:E.altissima7個(gè)樣本之間的平均遺傳距離為0.0065,Eupristinasp. 10個(gè)樣本之間的平均遺傳距離為0.0205;而二者之間的平均遺傳距離為0.1043,表明二者之間的遺傳距離明顯大于它們各自個(gè)體之間遺傳距離。統(tǒng)計(jì)GenBank中下載的6個(gè)屬28種榕小蜂COI序列的種間遺傳距離為0.0939—0.1986,表明E.altissima和Eupristinasp.之間的遺傳距離差異已經(jīng)達(dá)到了種間水平,因此,分子標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持形態(tài)標(biāo)記的鑒定結(jié)果,即E.altissima與Eupristinasp.為兩個(gè)不同的種。由于同物種的不同個(gè)體間差異小,不存在地理差異,而同屬不同種間遺傳距離的差異明顯,因此可以將本實(shí)驗(yàn)序列作為分析及鑒別E.altissima與Eupristinasp.的依據(jù)。

        3.2 雌、雄蜂進(jìn)化速度分析

        在形態(tài)上,E.altissima與Eupristinasp.的雌蜂之間有微小差異,而二者雄蜂之間無差異,但Cytb與COI序列分析結(jié)果一致表明:E.altissima與Eupristinasp.雄蜂之間的遺傳距離與二者雌蜂之間的遺傳距離接近,甚至略大于雌蜂。因此,僅比較Cytb與COI基因序列,雌、雄的進(jìn)化速度是基本一致的,同時(shí),也表明形態(tài)變異滯后于基因變異。雌蜂在表型上進(jìn)化快于雄蜂,可能是由于雌蜂羽化后從榕果出飛,尋找雌花期榕果產(chǎn)卵,雌蜂在果外生活期間受到外界溫度,濕度,光照等環(huán)境因素的影響較大,尤其在傳粉行為上的差異,導(dǎo)致E.altissima與Eupristinasp.雌蜂之間的形態(tài)發(fā)生變異,而雄蜂終生生活在黑暗封閉、溫度和濕度都相對(duì)恒定的榕果內(nèi),且雄蜂羽化后存活壽命短。E.altissima與Eupristinasp.雄蜂之間生存周期、生活環(huán)境和活動(dòng)行為的高度一致性,導(dǎo)致其表型變異極為緩慢。

        圖1 鄰接法構(gòu)建的Eupristina屬榕小蜂Cytb基因系統(tǒng)發(fā)育樹 Fig.1 NJ dendrograms based on the Cyt b gene sequence of Eupristina fig wasps

        圖2 鄰接法構(gòu)建的Eupristina屬榕小蜂COI基因系統(tǒng)發(fā)育樹 Fig.2 NJ dendrograms based on the COI gene sequence of Eupristina fig wasps

        3.3 兩種小蜂可能的進(jìn)化模式

        段注標(biāo)等對(duì)云南西雙版納地區(qū)高榕榕果中小蜂種群全年動(dòng)態(tài)追蹤觀察結(jié)果表明,在4—7月間高榕的榕果只有Eupristinasp.,未見E.altissima,推測(cè)E.altissima小蜂可能發(fā)生了周期性的宿主轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象[25]。本課題組從2005年到2012年對(duì)福州地區(qū)高榕榕果中小蜂種群全年動(dòng)態(tài)追蹤觀察結(jié)果發(fā)現(xiàn),每年3—7月份生長(zhǎng)在福州地區(qū)的高榕榕果內(nèi)沒有E.altissima和Eupristinasp.小蜂,而在8月份兩種小蜂又重新出現(xiàn),還觀察到在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)E.altissima小蜂快速進(jìn)入聚果榕雌花期花序中(本實(shí)驗(yàn)室未發(fā)表數(shù)據(jù)),上述觀察結(jié)果表明,兩種小蜂對(duì)宿主的專一性不強(qiáng),可能易發(fā)生宿主轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。由于E.altissima和Eupristinasp.之間的形態(tài)極為相似,推測(cè)這兩種小蜂早期可能是同一種蜂,在宿主轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生種群分化??赡苄砸唬珽upristinasp.原本是一種傳粉小蜂,其原宿主可能并不是高榕,由于原宿主滅絕,Eupristinasp.通過宿主轉(zhuǎn)移成功定居于高榕榕果中,高榕專一性傳粉小蜂E.altissima的存在保障了高榕的繁殖,Eupristinasp.逐漸喪失了傳粉功能,盡管Eupristinasp.不傳粉,也沒有因選擇作用而被排斥,兩種小蜂由于生活在同一個(gè)宿主內(nèi),在形態(tài)上發(fā)生了趨同進(jìn)化,因而二者形態(tài)相似。另一種可能是,高榕的傳粉小蜂E.altissima通過宿主轉(zhuǎn)移定居于新宿主榕果中,由于新宿主原有的專一性傳粉小蜂行傳粉功能,保障了榕樹的繁殖,使E.altissima小蜂在新宿主榕果內(nèi)逐漸喪失了傳粉功能,而逐漸演化成為“Eupristinasp.”。Eupristinasp.可能既可寄生于新宿主榕樹,也可寄生于原宿主高榕,其雌蜂因未行傳粉作用,在形態(tài)上與傳粉相關(guān)的結(jié)構(gòu)退化或消失,而雄蜂的功能沒有改變,故形態(tài)尚未變異。

        致謝:感謝福建師范大學(xué)南方生物醫(yī)學(xué)研究中心陳騏教授對(duì)本文寫作的幫助。

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        ThegeneticevolutionaryrelationshipsoftwoEupristinaspeciesonFicusaltissima

        CHEN Youling, SUN Lingli, WU Leilei, WU Wenshan*, YAN Juyuan, LIU Yan

        ProvincialKeyLaboratoryforDevelopmentalBiologyandNeurosciences,CollegeofLifeScience,FujianNormalUniversity,Fuzhou350117,China

        We observed the habits of twoEupristinaspecies living inFicusaltissima. Only two fig wasp species,EupristinaaltissimaandEupristinasp., are found to be associated with the syconia ofFicusaltissimaaround the Fuzhou area, China. The former wasp is theFicusaltissimapollinator, while the latter wasp does not have pollination behavior. Some subtle differences are found in females of both wasp species regarding body color, antennae, pollen pockets, comb of setae on the fore coax. So far, no clear characters have been found to be used for distinguishing the males of these two wasp species. To better understand the genetic relationship betweenE.altissimaandEupristinasp., we cloned the mitochondrial Cytb and COI genes derived from bothE.altissimaandEupristinasp. collected from five different locations in Fuzhou.Eupristinaverticillata, the pollinator ofFicusmicrocarpa, was used as an outgroup control. We analyzed the base composition and genetic distance of the gene sequences and constructed a neighbor-joining phylogenetic tree to investigate the genetic evolutionary relationships. The data are summarized as follows: (1) The base composition of Cytb and COI show a high adenine (A) and thymine (T) bias (Cytb, A+T=75.3%; COI, A+T=75.5%), which pattern is consistent with the typical characteristics of mitochondrial gene sequences of hymenopteran. (2) Genetic distance analyses of two wasps groups show that the average distance of the Cytb sequence within each group ofE.altissimaandEupristinasp. are 0.0092 and 0.0030, respectively, far beyond the average genetic distance betweenE.altissimaandEupristinasp. that is 0.1588; COI sequence analyses show that the average genetic distances within each group ofE.altissimaandEupristinasp. are 0.0065 and 0.0205, respectively, although the average genetic distance betweenE.altissimaandEupristinasp. is 0.1043. Thus, the genetic distance between the two groups is significantly greater than that found within each respective group. Statistic analyses of the Cytb sequences derived from 6 genera and 34 species of wasps from GenBank show that the interspecies genetic distances of the Cytb sequence are between 0.0811 and 0.1723, and the interspecies genetic distances in the COI sequences derived from 6 genera and 28 species of wasps are between 0.0939 and 0.1986. These data suggest that the genetic distance betweenE.altissimaandEupristinasp. has reached to an interspecies difference level. Therefore, our molecular marker studies support the morphological characterization, namelyE.altissimaandEupristinasp. are indeed two different species. (3) Only a slight difference is found in females between the two species regarding the morphological characteristics, and no tangible difference is found in the males. However, the data of genetic distances derived from Cytb and COI sequence analyses consistently show the significant differences between the two species regardless their genders. It is likely that the morphological differentiation lags behind the genetic differentiation and the female wasps may evolve faster than the male wasps in the phenotypic features. The females fly out from figs after the emergence, which may be significantly affected by environmental factors resulting in the morphological differentiation between the female wasps of the two species. In contrast, the male wasps of the two species live in the closed darkness syconia with constantly environment lifelong, thus, no behavior differentiation may occur along with the extremely slow events of phenotypic mutating. The host specificity ofE.altissimaandEupristinasp. is not as stringent as previously assumed. The host switching events may have occurred during the fig-wasps co-evolution process.

        Ficusaltissima;Eupristinaaltissima; DNA barcoding; genetic structure; Cytb; COI

        國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31270440);福建省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)目(2011N0014);福建省高等學(xué)校學(xué)科帶頭人培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目;福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物學(xué)拔尖生培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目

        2013- 05- 23;

        2013- 07- 25

        *通訊作者Corresponding author.E-mail: wuwenshan@126.com

        10.5846/stxb201305231153

        陳友鈴,孫伶俐,武蕾蕾,吳文珊,嚴(yán)菊媛,劉燕.高榕榕果內(nèi)Eupristina屬兩種榕小蜂的遺傳進(jìn)化關(guān)系.生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(19):6058- 6064.

        Chen Y L, Sun L L, Wu L L, Wu W S, Yan J Y, Liu Y.The genetic evolutionary relationships of twoEupristinaspecies onFicusaltissima.Acta Ecologica Sinica,2013,33(19):6058- 6064.

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