锹甲属Lucanus Scopoli（鞘翅目：锹甲科）的分子系统学研究

摘要

锹甲属（Lucanus Scopoli，1763）作为鞘翅目(Coleoptera)锹甲科(Lucanidae)的模式属，是锹甲科中极具代表性的一支。目前世界范围内已知约110种（含亚种），绝大多数分布在东洋界,仅有少数种分布于新北界和古北界。该属锹甲具有显著的雌雄二型和雄性多型现象，雄性的上颚尤其发达，自达尔文时代就是研究物种的形成与分化、性选择机制及表型演化的良好素材。正是由于该属的形态复杂，基于形态学数据的亚属、种团、亚种的系统发育关系、物种界定问题较为突出，还缺少从分子系统学角度来探讨和解决这些问题。本研究选取锹甲属的62个代表种（含亚种）及代表疑难种团(斑股锹甲种团L.maculifemoratus complex)的44个个体作为研究对象，以3个线粒体基因(COI、16SrDNA、Cytb)和3个核基因（Wingless、ITS2、EF-1α）为分子标记，对位点，碱基含量等进行了统计，基于分子系统学的方法和技术重建了该属的系统发育，估测了属的分化时间，相关结论如下:
　　(1)通过总DNA提取、PCR扩增及测序后，所获得的基因数据有:COI基因序列123条、16S rDNA基因序列131条、Cytb基因序列84条，Wingless基因序列111条、EF-1α基因序列100条，ITS基因序列101条。
　　(2)属水平的的系统发育分析显示:三个亚属Lucanus(Lucanus)Scopoli、Lucanus(Pseudolucanus)Hope&Westwood,Lucanus(Eolucanus)Kurosowa及凸锹甲属Noesolucanus Araya形成了一个单系。其中，L.(Lucanus)、L.(Eolucanus)、Noesolucanus的代表种分别聚为一支，各自呈显著的单系性;L.(Eolucanus)与Noesolucanus是姐妹群关系;L.(Pseudolucanus)则不是单系，其模式种L.P.）capreolus及另外5个代表种与L.(Lucanus)亚属的种呈镶嵌分布。但因该亚属的样本量有限，建议仍将其作为一个有效亚属，其分类地位还需进一步研究;而L.(Lucanus)、L.(Eolucanus)二者间的遗传距离均接近于属间的平均遗传距离，进一步支持了它们的单系性，且支持将它们提升到独立属的分类地位。
　　(3)利用ABGD，GMYC和PTP3种方法对疑难种团斑股锹甲(L.maculifemoratus complex)中涉及的4个物种的44个个体进行了物种界定。其中，ABGD方法存在物种的严重过分，几乎每个地理种群都界定为一个种;PTP仅在L.m.boileaui的地理种群中存在轻度过分现象;而GMYC的界定结果则对不同地理种群进行了合理的划分。4个物种两两之间的遗传距离为0.068-0.163，低于锹甲属内种间的平均遗传距离，无法达到种的水平。
　　综合3种方法及遗传距离的比较，建议它们之间为亚种关系，分别是:斑股锹甲指名亚种L.maculifemoratus maculifemoratus、斑股锹甲华北亚种L.maculifemoratus dybowskyi、斑股锹甲台湾亚种L.maculifemoratus taiwanus和斑股锹甲西南亚种L.maculifemoratus boileaui。此外，在日本分布的1个亚种L.m.adachii与指名亚种L.m.maculifemoratus的遗传距离仅有0.020，且二者在外部形态和生殖器的解剖结构上也极为相似，也没有显著的地理隔离，可以将L.m.adachii视为指名亚种L.m.maculifemoratus的异名。
　　(4)基于Beast分析的分化时间显示((Lucanus+Eolucanus)+Pseudolucanus)+Noseolucanus与其他锹甲发生分歧的时间约在始新世早期(46.66Mya，95％置信区间:36.81～63.1Mya)。其中，Noseolucanus和Pseudolucanus首先分化出来，位于树的根部，较为原始。Eolucanus约在渐新世早期(36.34Mya)分化出来，并在33.08Mya（95％置信区间:16.44～39.45Mya）形成独立的一支。狭义的Lucanus在约35.75Mya(95％置信区间:33.76～37.68Mya)形成，而斑股锹甲种团的分化时间约为15.09Mya(95％置信区间:7.22～23.8Mya)。

目录

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摘要

第一章 引言

1 文献综述

1．1 锹甲属概况

1．2 锹甲属的分子系统学研究历史及现状

2 分子生物学技术在物种界定中的应用

3 研究内容

4 研究目的和意义

5 本研究的技术路线

第二章 材料与方法

1 实验材料

1．1 样品的采集和保存方法

1．2 实验试剂，仪器与耗材

2 实验方法

2．1 总DNA的提取

2．2 PCR扩增与测序

3 数据分析

3．1 DNA序列的前期处理

3．2 饱和度分析

3．3 系统发育分析

3．4 物种界定

3．5 分歧时间估计

第三章 结果与分析

1 数据整理与分析

1．1 序列组成分析

1．2 遗传距离

2 斑股锹甲种团的种群遗传多样性

3 Network分析

4 系统发育分析

4．1 锹甲属的系统发育结果分析

4．2 斑股锹甲种团的系统发育结果分析

5 斑股锹甲种团的物种界定

6 锹甲属的分化时间估计

第四章 讨论与结论

1 锹甲属的系统发育关系

2 斑股锹甲种团的系统发育关系

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文