宋 南, 王淼淼, 劉小龍, 林興雨, 席玉強, 尹新明

(河南農(nóng)業(yè)大學植物保護學院, 河南省害蟲綠色防控國際聯(lián)合實驗室, 河南省害蟲生物防控工程實驗室, 鄭州 450002)

白蟻是地球上最重要的昆蟲之一,這類昆蟲中的某些種類因破壞人類建筑和家具而聞名。盡管已知的白蟻中只有少數(shù)種類會損壞木材,但這卻使得人們對白蟻產(chǎn)生恐懼,因為沒有其他昆蟲會像白蟻那樣直接攻擊人類住所。目前,全世界已知的化石和現(xiàn)存的白蟻物種超過3 500種(Krishnaetal., 2013; Yadu and Ganguli, 2022)。盡管白蟻的種類多樣性水平適中,但它們以其龐大的數(shù)量而聞名,是地球上最成功的陸地生物之一,對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響,尤其是在熱帶地區(qū)(Jouquetetal., 2016; Chouvencetal., 2021)。白蟻之所以繁盛主要是因為它們具備消化木質(zhì)纖維素以及在土壤中分解有機分子的能力(Norkrans, 1963; Dixonetal., 1994)。白蟻是一類真社會性昆蟲(eusocial insects),其種類豐富度僅次于膜翅目(Hymenoptera)社會性昆蟲(螞蟻、蜜蜂和胡蜂)。對白蟻和膜翅目社會性昆蟲群居進化的比較研究極大地推動了人們對群居行為的認識(Fischmanetal., 2011)。然而,長期以來,昆蟲系統(tǒng)學家一直對白蟻的系統(tǒng)發(fā)育關系存在諸多爭議,這限制了對其取食、生態(tài)和群落體系等方面的進化研究。近期,人們對白蟻系統(tǒng)發(fā)育的研究興趣有所提升(Lo and Eggleton, 2011)。然而,對于白蟻科級類群的數(shù)量和它們之間的系統(tǒng)發(fā)育關系以及亞科之間的系統(tǒng)發(fā)育關系,目前尚未達成一致意見。

目前,昆蟲系統(tǒng)學家已經(jīng)達成共識:蜚蠊、螳螂和白蟻在系統(tǒng)發(fā)育上是近緣的3個類群(Songetal., 2016; Evangelistaetal., 2019; Wipfleretal., 2019)。根據(jù)McKittrick和Mackerras(1965)的研究,白蟻與蜚蠊目(Blattodea)具有較為密切的親緣關系。在現(xiàn)存的蜚蠊目中,隱尾蠊科(Cryptoceridae)中的食木蜚蠊Cryptocercuspunctutatus與澳白蟻科(Mastotermitidae)(僅包含1種:達爾文澳白蟻Mastotermesdarwiniensis)之間存在十分密切的關系。支持食木蜚蠊與達爾文澳白蟻具有較為密切親緣關系的形態(tài)特征包括:兩者具有相似的卵鞘狀卵塊、后翅臂域、前胃結(jié)構(gòu)和生殖器結(jié)構(gòu)等(黃復生等, 2000)。此外,目前的分子生物學研究表明,隱尾蠊屬Cryptocercus與整個白蟻類構(gòu)成姐妹群關系(Evangelistaetal., 2019)。這一研究在一定程度上支持了白蟻起源于蜚蠊的假說。Evangelista等(2019)建議設立Tutricablattae包括隱尾蠊屬和所有白蟻類昆蟲。由此,白蟻從一個目[即原先的等翅目(Isoptera)]變成了蜚蠊目中的一個類群。

目前,所有白蟻種類被歸于白蟻領科(Termitoidae)。白蟻領科包括9個現(xiàn)存科,16個亞科(Engeletal., 2009),大約280個屬。其中,現(xiàn)存的白蟻領科分別是澳白蟻科(Mastotermitidae)、草白蟻科(Hodotermitidae)、古白蟻科(Archotermopsidae)、胃白蟻科(Stolotermitidae)、木白蟻科(Kalotermitidae)、桿白蟻科(Stylotermitidae)、鼻白蟻科(Rhinotermitidae)、齒白蟻科(Serritermitidae)和白蟻科(Termitidae)(Engeletal., 2009)。澳白蟻科被一致認為是現(xiàn)存白蟻中最原始的一支。古白蟻科是(Engeletal., 2009)新建立的一個科。胃白蟻科包括兩個屬,即胃白蟻屬Stolotermes和洞白蟻屬Porotermes。木白蟻科是白蟻中較為原始的一支,主要為木棲性白蟻。在以前的研究中,形態(tài)特征與分子序列(線粒體基因cox2和l-rRNA、線粒體基因組、基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)以及核蛋白質(zhì)編碼單拷貝基因)證據(jù)均支持木白蟻科與新等翅類(Neoisoptera)構(gòu)成姐妹群關系(Thompsonetal., 2000; Inwardetal., 2007; Cameronetal., 2012; Bourguignonetal., 2015; Buceketal., 2019; Evangelistaetal., 2019)。新等翅類是一個單系群,由桿白蟻科、鼻白蟻科、齒白蟻科和白蟻科組成(Engeletal., 2009)。形態(tài)或分子(基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù))研究一致支持桿白蟻科是鼻白蟻科、齒白蟻科和白蟻科的姐妹群(Buceketal., 2019)。但是,鼻白蟻科、齒白蟻科和白蟻科之間的關系是不明確的。Engel等(2009)將齒白蟻科置于鼻白蟻科與白蟻科之間。一些分析認為齒白蟻科是鼻白蟻科和白蟻科的姐妹群(Donovanetal., 2000; Kambhampati and Eggleton, 2000; Thompsonetal., 2000; Legendreetal., 2008)。Bourguignon等(2015)認為齒白蟻科與部分鼻白蟻科構(gòu)成姐妹群關系。相似地,利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的系統(tǒng)發(fā)育分析也支持齒白蟻科與部分鼻白蟻科具有較近的親緣關系(Buceketal., 2019)。近期的研究一致認為鼻白蟻科是一個多系群,而白蟻科是一個單系群(Engeletal., 2009; Cameronetal., 2012; Bourguignonetal., 2015; Buceketal., 2019)。但是,對于鼻白蟻科被分為多少個獨立的支系(Cameronetal., 2012),以及白蟻科內(nèi)各個亞科之間的系統(tǒng)發(fā)育關系(Aanenetal., 2002; Inwardetal., 2007; Bourguignonetal., 2015, 2017; Buceketal., 2019)等問題,目前還無定論。

隨著下一代測序技術的快速發(fā)展,基因組測序效率已經(jīng)獲得較大提高,同時測序成本不斷降低,這為大規(guī)模獲得昆蟲的基因組數(shù)據(jù)提供了可能。截止2023年6月,在公共數(shù)據(jù)庫NCBI中已經(jīng)公布了69種白蟻類昆蟲的基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。本研究利用從NCBI下載的白蟻轉(zhuǎn)錄組和低覆蓋度全基因組測序(low-coverage whole-genome sequencing)數(shù)據(jù)構(gòu)建白蟻類昆蟲的基因組規(guī)模的超級數(shù)據(jù)矩陣,通過最大似然法和基于溯祖理論(coalescence-based)的物種樹(species tree)法重建系統(tǒng)發(fā)育樹,為解決白蟻類昆蟲科與亞科之間的系統(tǒng)發(fā)育關系提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 轉(zhuǎn)錄組和低覆蓋度全基因組序列數(shù)據(jù)單拷貝核基因的篩選

下載61種白蟻的轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)和6種白蟻的低覆蓋度全基因組測序數(shù)據(jù)。這67個轉(zhuǎn)錄組和低覆蓋度測序基因組數(shù)據(jù)分別代表了8個現(xiàn)存的白蟻科級類群,即澳白蟻科(1種)、古白蟻科(1種)、胃白蟻科(1種)、木白蟻科(7種)、桿白蟻科(1種)、齒白蟻科(1種)、鼻白蟻科(20種)和白蟻科(35種)。此外,系統(tǒng)發(fā)育分析還包含了近緣蜚蠊目蜚蠊科(Blattidae) 6個、輝蠊科(Lamproblattidae) 1個和隱尾蠊科(Cryptoceridae) 1個的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)作為外群。利用BUSCOv3.0.2(Waterhouseetal., 2018)對下載的轉(zhuǎn)錄組或低覆蓋度全基因組測序數(shù)據(jù)進行評估,并提取單拷貝核基因。具體的生物信息學步驟參考Zhang等(2019)。對于轉(zhuǎn)錄組和低覆蓋度全基因組測序數(shù)據(jù),BUSCO評估均在基因組模式下使用昆蟲v10數(shù)據(jù)集(Insecta_odb10)。

1.2 序列比對和串聯(lián)數(shù)據(jù)矩陣的構(gòu)建

使用MAFFT v7.407(Katoh and Standley, 2013)對1.1節(jié)獲得的單拷貝核基因核苷酸和氨基酸序列進行比對,比對策略均為L-INS-I。為了提高比對結(jié)果的質(zhì)量,我們通過trimAlv1.4.1(Capella-Gutiérrezetal., 2009)對比對結(jié)果中的低質(zhì)量同源區(qū)域進行修剪。最后,我們使用FASconCAT-G v1.04 (Kück and Longo, 2014)將所有比對好的矩陣進行串聯(lián)。為了研究序列完整性(即缺失數(shù)據(jù))對系統(tǒng)發(fā)育重建的影響,我們使用Phykit(Steenwyketal., 2021)生成不同完整性(分別包含50%和25%的缺失數(shù)據(jù))的核苷酸和氨基酸序列數(shù)據(jù)超級矩陣。最終獲得了6組串聯(lián)超級數(shù)據(jù)集矩陣,核苷酸序列數(shù)據(jù)集:fna_all, fna_50和fna_75;氨基酸序列數(shù)據(jù)集:faa_all, faa_50和faa_75,分別用于系統(tǒng)發(fā)育關系重建。使用AMAS(Borowiec, 2016)對各個數(shù)據(jù)集進行統(tǒng)計分析。

1.3 系統(tǒng)發(fā)育重建

使用IQ-TREEv2.2.15(Minhetal., 2020)構(gòu)建白蟻的最大似然(maximum likelihood, ML)樹。核苷酸序列數(shù)據(jù)采用GTR+I+G模型,而氨基酸序列數(shù)據(jù)采用LG模型。每個ML分析使用ultrafast bootstrapping策略(Minhetal., 2013),進行1 000次自舉檢驗以獲得每個節(jié)點的統(tǒng)計支持率。

使用ASTRAL v5.7.1 (Mirarabetal., 2014; Zhangetal., 2018)構(gòu)建白蟻的物種樹,對氨基酸數(shù)據(jù)集faa_all包含的1 316個單拷貝核基因序列分別構(gòu)建ML樹,具體參數(shù)同上。然后,將得到的單個單拷貝核基因序列的ML樹合并到一個文件中。最后,利用ASTRAL v5.7.1 (Mirarabetal., 2014; Zhangetal., 2018)綜合這些ML樹,得到物種樹。

使用IQ-TREEv2.2.15 (Minhetal., 2020)中的Four-cluster Likelihood Mapping(FcLM)(Strimmer and Von Haeseler, 1997; Misofetal., 2014)分析檢測樹的拓撲結(jié)構(gòu)。同時,FcLM分析顯示了不同數(shù)據(jù)集對可能的系統(tǒng)發(fā)育關系的支持度。

2 結(jié)果

2.1 白蟻及近緣蜚蠊目昆蟲基因組規(guī)模數(shù)據(jù)的核苷酸和氨基酸序列數(shù)據(jù)矩陣

從55種白蟻的轉(zhuǎn)錄組、4種近緣蜚蠊目昆蟲的轉(zhuǎn)錄組和3種白蟻的低覆蓋度全基因組測序數(shù)據(jù)中篩選了1 012～1 325個單拷貝核基因,從5種白蟻和4種近緣蜚蠊目昆蟲的轉(zhuǎn)錄組測序以及3種白蟻的低覆蓋度全基因組測序數(shù)據(jù)中篩選了568～987個單拷貝核基因,只有北美散白蟻Reticulitermesflavipes轉(zhuǎn)錄組僅包含85個單拷貝核基因。基于這些單拷貝核基因構(gòu)建了核苷酸和氨基酸序列數(shù)據(jù)基因組規(guī)模的超級矩陣,核苷酸序列數(shù)據(jù)集包含了144 294～1 839 525個位點,氨基酸序列數(shù)據(jù)集包含了48 098～613 175個位點。

2.2 白蟻領科內(nèi)的系統(tǒng)發(fā)育關系

核苷酸序列數(shù)據(jù)集fna_75分析均支持白蟻領科是一個單系的自然群,且所有數(shù)據(jù)均對白蟻有顯著的支持[自舉支持率[bootstrap support (BS)=100](圖1)。對于核苷酸序列數(shù)據(jù),白蟻各科之間的系統(tǒng)發(fā)育關系并沒有受到缺失數(shù)據(jù)的顯著影響,3個核苷酸序列數(shù)據(jù)集產(chǎn)生了基本相同的科間系統(tǒng)發(fā)育關系。對于氨基酸序列數(shù)據(jù),3個串聯(lián)基因數(shù)據(jù)集中的2個產(chǎn)生了與核苷酸序列數(shù)據(jù)集基本相同的科間系統(tǒng)發(fā)育關系。只有氨基酸序列數(shù)據(jù)集faa_50恢復的科間系統(tǒng)發(fā)育關系與其他數(shù)據(jù)集的差別較大(圖2)。不同主要在于faa_50恢復古白蟻科與胃白蟻科構(gòu)成的一支和新等翅類構(gòu)成姐妹群關系,而其他數(shù)據(jù)集都支持木白蟻科和新等翅類的姐妹群關系。利用ASTRAL構(gòu)建的物種樹支持木白蟻科和新等翅類的姐妹群關系(圖3)。

圖2 最大似然法構(gòu)建的基于核苷酸序列數(shù)據(jù)集fna_all和fna_50以及氨基酸序列數(shù)據(jù)集faa_all,faa_50和faa_75的白蟻領科系統(tǒng)發(fā)育樹Fig. 2 Phylogenetic trees of Termitoidae constructed by maximum likelihood method based on the nucleotide sequencedatasets fna_all and fna_50 and the amino acid sequence datasets faa_all, faa_50 and faa_75A: 基于fna_all的系統(tǒng)發(fā)育樹Phylogenetic tree based on fna_all ; B: 基于fna_50的系統(tǒng)發(fā)育樹Phylogenetic tree based on fna_50 ; C: 基于faa_all的系統(tǒng)發(fā)育樹Phylogenetic tree based on faa_all ; D: 基于faa_50的系統(tǒng)發(fā)育樹Phylogenetic tree based on faa_50; E: 基于faa_75的系統(tǒng)發(fā)育樹Phylogenetic tree based on faa_75. 為了清晰地顯示白蟻領科內(nèi)高階元類群之間的關系,一些亞科或科的支系被合并。合并后支系的長度取決于其中最長的一支的長度。In order to clearly display the relationships among higher-level taxa within Termitoidae, the lineages corresponding to some subfamilies or families were collapsed. The length of the collapsed linegae is determined by the length of the longest branch within it.

圖3 最大似然法構(gòu)建的利用ASTRAL總結(jié)氨基酸數(shù)據(jù)集faa_all包含的每個標記的白蟻領科的物種樹Fig. 3 Species tree of Termitoidae based on each marker of the amino acid dataset faa_all summarized by ASTRAL constructed using maximum likelihood method分支節(jié)點上的數(shù)值代表本地后驗概率。Numbers at nodes show the local posterior probabilities.

在單系的白蟻領科中,澳白蟻科是所有其他白蟻領科的姐妹群。在本研究中,所有分析支持古白蟻科與胃白蟻科互為姐妹群關系,并且多數(shù)分析(除去基于faa_50構(gòu)建的ML樹之外的所有分析)都支持兩者共同組成白蟻領科中的第2個分支。

木白蟻科也是白蟻中相對古老的一支,其系統(tǒng)發(fā)育位置在古白蟻科與胃白蟻科之后。木白蟻科的單系性得到了所有分析的支持。6個串聯(lián)基因序列的超級矩陣對木白蟻科都產(chǎn)生了100的自舉檢驗值。在木白蟻科中,本研究包含的7個種代表了6個亞科。其中,雙裂白蟻亞科(Bifiditermitinae)包含兩個種。只有fna_75和faa_75這2個數(shù)據(jù)集支持雙裂白蟻亞科為單系群,在其他4個基于串聯(lián)基因序列的超級矩陣的ML分析中,Epicalotermeskempae與楹白蟻亞科(Incisitermitinae)構(gòu)成姐妹群關系,這使得雙裂白蟻亞科成為一個并系群。在基于6個串聯(lián)基因數(shù)據(jù)集的FcLM分析中,3個數(shù)據(jù)集(fna_all, fna_75和faa_50)支持雙裂白蟻亞科為單系群;另外3個數(shù)據(jù)集(fna_50, faa_all和faa_75)既不支持雙裂白蟻亞科的單系性,也不支持Epicalotermeskempae與楹白蟻亞科的姐妹群關系。

木白蟻科與新等翅類構(gòu)成了姐妹群關系。所有分析都強烈支持新等翅類的單系性,BS=100。在本研究中,桿白蟻科、鼻白蟻科、齒白蟻科和白蟻科代表了新等翅類,其中,桿白蟻科被恢復為所有其他新等翅類的姐妹群,BS=100。齒白蟻科也是新等翅類中相對原始的一支。所有分析支持齒白蟻與具眼舌白蟻Glossotermesoculatus構(gòu)成姐妹群關系(BS=100)。

鼻白蟻科是一個多系群。本研究包含了鼻白蟻科中的5個亞科。其中,由鼻白蟻屬Rhinotermes和長鼻白蟻屬Schedorhinotermes構(gòu)成的一支占據(jù)了相對原始的位置。在faa_50, fna_all和fna_50的3個ML分析中,寡脈白蟻亞科(Termitogetoninae)和原鼻白蟻亞科(Prorhinoterminae)構(gòu)成了另一支姐妹群。但是在其他3個ML分析(圖1:fna_75; 圖2:faa_all和faa_75)中寡脈白蟻亞科和原鼻白蟻亞科分別構(gòu)成獨立的分支。FcLM分析不支持寡脈白蟻亞科和原鼻白蟻亞科的姐妹群關系;相比較,基于數(shù)據(jù)集fna_75和faa_75的FcLM分析支持寡脈白蟻亞科和原鼻白蟻亞科分別構(gòu)成獨立的分支(圖4)。此外,物種樹分析也恢復寡脈白蟻亞科和原鼻白蟻亞科處于兩個獨立的分支(圖3)。因此,寡脈白蟻亞科和原鼻白蟻亞科分別成為獨立的支系可能是其進化關系的真實體現(xiàn)。異白蟻亞科(Heterotermitinae)和乳白蟻亞科(Coptotermitinae)始終聚在同一支上。但是,考慮到乳白蟻屬Coptotermes與部分異白蟻屬Heterotermes的姐妹群關系,異白蟻亞科是非單系的。

圖4 對于寡脈白蟻亞科和原鼻白蟻亞科的系統(tǒng)發(fā)育位置基于不同數(shù)據(jù)集進行的FcLM分析Fig. 4 FcLM analyses for the phylogenetic placements of Termitogetoninae and Prorhinoterminae based on various datasetsA: 有關寡脈白蟻亞科和原鼻白蟻亞科的系統(tǒng)發(fā)育位置的假設Hypotheses on the phylogenetic placements of Termitogetoninae and Prorhinoterminae; B: 基于faa_all的FcLM分析結(jié)果Results of the FcLM analysis based on faa_all; C: 基于faa_50的FcLM分析結(jié)果Results of the FcLM analysis based on faa_50; D: 基于faa_75的FcLM分析結(jié)果Results of the FcLM analysis based on faa_75; E: 基于fna_all的FcLM分析結(jié)果Results of the FcLM analysis based on fna_all; F: 基于fna_50的FcLM分析結(jié)果Results of the FcLM analysis based on fna_50; G: 基于fna_75的FcLM分析結(jié)果Results of the FcLM analysis based on fna_75.

在白蟻科中, 4個數(shù)據(jù)集即fna_all, fna_50, fna_75和faa_all,支持大白蟻亞科(Macrotermitinae)是白蟻科內(nèi)所有其他亞科的姐妹群,即它是白蟻科內(nèi)最原始的一支,支持聚白蟻亞科(Syntermitinae)是白蟻科內(nèi)相對進化的一支。本研究中代表尖白蟻亞科(Apicotermitinae)的6個種組成了白蟻科的第2分支,并且尖白蟻亞科被所有分析支持為單系群。聚白蟻亞科和象白蟻亞科(Nasutitermitinae)也是單系群,并且互為姐妹群。在所有基于串聯(lián)基因數(shù)據(jù)矩陣的ML分析中,白蟻亞科(Termitinae)是非單系的。但是,物種樹分析恢復白蟻亞科為單系群,盡管這個結(jié)論沒有收到顯著的統(tǒng)計支持(PP = 0.41)。

3 討論

本研究對67種白蟻的轉(zhuǎn)錄組和低覆蓋度全基因組測序數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)基因組分析,構(gòu)建的基因組數(shù)據(jù)矩陣主要包括核苷酸序列與氨基酸序列兩類。此外,本研究分析了不同完整性數(shù)據(jù)矩陣(即缺失數(shù)據(jù))對白蟻領科系統(tǒng)發(fā)育關系重建的影響。除了使用串聯(lián)基因序列構(gòu)建超級矩陣分析系統(tǒng)發(fā)育關系,本研究還采用基于溯祖理論的物種樹法構(gòu)建白蟻領科系統(tǒng)進化關系。結(jié)果表明,不同的數(shù)據(jù)集和不同的分析方法產(chǎn)生了基本相同的科級系統(tǒng)發(fā)育關系(圖1-3);并且,基部主要類群間的關系均受到顯著的統(tǒng)計支持(BS>95) (圖1-3)。與之前關于白蟻系統(tǒng)發(fā)育的研究相比較,本研究重建的白蟻領科內(nèi)8個科之間的系統(tǒng)發(fā)育關系與Bucek等(2019)的研究結(jié)果是一致的。這可能是因為本研究與Bucek等(2019)的取樣數(shù)據(jù)有很大重疊。然而,本研究的分析方法與Bucek等(2019)的方法并不完全相同。Bucek等(2019)使用BUSCO對轉(zhuǎn)錄組和低覆蓋度基因組的測序數(shù)據(jù)進行完整性評估,并選擇了3種蜚蠊目昆蟲的完全蛋白組作為參考。他們使用OMA(Altenhoffetal., 2015)和OrthoDB(Kriventsevaetal., 2015)兩種推斷方法預測參考的直系同源基因組,在OMA的推斷中得到2 981個單拷貝直系同源基因,而在OrthoDB的推斷中得到4 065個單拷貝直系同源基因?；谶@些參考直系同源基因組,利用Orthograph (Petersenetal., 2017)中的最佳互補搜索策略預測每個轉(zhuǎn)錄組和低覆蓋度基因組的直系同源基因。最后,Bucek等(2019)基于比對的核苷酸序列矩陣構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹。本研究也使用BUSCO進行基因組規(guī)模數(shù)據(jù)的完整性評估,但是我們使用BLAST(Altschuletal., 1990)和HMMER(Finnetal., 2011; El-Gebalietal., 2019)進行單拷貝核基因的預測。其中,使用BLAST進行核苷酸序列比對,使用HMMER進行蛋白結(jié)構(gòu)域的評估,并基于OrthoDB數(shù)據(jù)庫中的Insecta_odb10提取每個物種的單拷貝直系同源基因。兩個研究在單拷核基因的抽取時使用了不同的參考。盡管抽取步驟不同,但兩個研究的數(shù)據(jù)來源都是核單拷貝直系同源基因。因此,兩個數(shù)據(jù)的本質(zhì)仍然是相同的,這也是兩者分析結(jié)果基本一致的原因之一。另一個不同之處是:我們的分析不僅使用了核苷酸序列矩陣,還使用了氨基酸序列矩陣。在我們的分析中,兩類數(shù)據(jù)所得到的結(jié)果大致一致,這也再次證實了基因組規(guī)模數(shù)據(jù)在重建白蟻的高級系統(tǒng)發(fā)育關系中的穩(wěn)定性。

Eggleton(2001)在前人的研究基礎上提出了一個關于白蟻科之間關系的合意樹。該研究認為澳白蟻科是所有白蟻中最原始的一支,其次是古白蟻科的一部分;而古白蟻科的另一部分與草白蟻科構(gòu)成姐妹群關系。因此,Eggleton(2001)認為古白蟻科是一個并系群。胃白蟻科與鼻白蟻科(包括齒白蟻科)和白蟻科是姐妹群關系,其中鼻白蟻科是一個多系群。本研究支持澳白蟻科在整個白蟻領科中的最基部的位置,并恢復古白蟻科是僅次于澳白蟻科的第二古老的白蟻類群。在我們的分析中,所有數(shù)據(jù)集和分析都支持古白蟻科中的動白蟻屬Zootermopsis和胃白蟻科中的洞白蟻屬Porotermes的代表種的聚類(圖1-3)。然而,由于缺乏古白蟻科的其他兩個屬(即古白蟻屬和原白蟻屬)的數(shù)據(jù),并且未包含草白蟻科的基因組規(guī)模數(shù)據(jù),本研究無法確定古白蟻科的單系性和草白蟻科的系統(tǒng)發(fā)育地位。因此,在未來的研究中,作者將努力對古白蟻科和草白蟻科的物種進行采樣、以及基因組測序和系統(tǒng)基因組分析,以填補當前研究的空白。

在本研究中,木白蟻科始終被支持為單系群(圖1-3)。在木白蟻科中,除了楹白蟻亞科,其他5個木白蟻亞科的支序順序與Bucek等(2019)的分析結(jié)果是相同的。Bucek等(2019)的分析沒有包含楹白蟻亞科。在本研究中,基于4個數(shù)據(jù)組(fna_all, fna_50, faa_all和faa_50)構(gòu)建的ML樹恢復雙裂白蟻亞科是一個并系。但是,基于fna_75(圖1)和faa_75(圖2)兩個數(shù)據(jù)集構(gòu)建的ML樹、ASTRAL構(gòu)建的物種樹(圖3)以及3個FcLM分析支持雙裂白蟻亞科是一個單系群。我們的研究支持木白蟻科與新等翅類的姐妹群關系,這與之前的研究結(jié)果(Engeletal., 2009; Wareetal., 2010; Lo and Eggleton, 2011; Cameronetal., 2012; Buceketal., 2019)一致。

桿白蟻科始終被恢復為其他新等翅類白蟻的姐妹群,而齒白蟻科和鼻白蟻科中的具眼舌白蟻構(gòu)成姐妹群關系(圖1-3)。這些關系與Bucek等(2019)的研究結(jié)果一致。然而,鼻白蟻科被發(fā)現(xiàn)是一個多系群。過去的分析也支持鼻白蟻科為非單系群(Inwardetal., 2007; Engeletal., 2009; Wareetal., 2010; Lo and Eggleton, 2011; Cameronetal., 2012; Buceketal., 2019),因此我們的研究再次證實了鼻白蟻科不是一個自然群,需要進行分類調(diào)整。

通過分子鑒定,我們發(fā)現(xiàn)Coptotermessp. AD-2015(GDUG01)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中存在鑒定錯誤,導致了錯誤的物種命名。我們利用近緣白蟻的線粒體cox1基因作為參考,通過對下載的乳白蟻屬Coptotermessp. AD-2015(GDUG01)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行blast比對,發(fā)現(xiàn)GDUG01的線粒體cox1基因與大胸胸白蟻Thoracotermesmacrothorax(白蟻科, 白蟻亞科, 方白蟻Cubitermesgroup)的cox1具有97.54%的相似度。因此,我們將Coptotermessp. AD-2015更改為Thoracotermessp.。在這種情況下,白蟻科被支持為一個單系群。在以前的分析中,白蟻科一直被認為是一個自然群(Engeletal., 2009; Cameronetal., 2012; Buceketal., 2019)。在白蟻科內(nèi)部,白蟻亞科被發(fā)現(xiàn)是非單系的(圖1-2),這與以前的研究結(jié)果(Bourguignonetal., 2015; Buceketal., 2019)一致。然而,各個亞科之間的關系并不確定。因此,關于白蟻科內(nèi)部各類群之間的系統(tǒng)發(fā)育關系還需要更多數(shù)據(jù)的進一步研究。