基于比较胚胎学和Hox基因的长翅目幼虫腹足同源性研究

Mecoptera is one of the primitive orders in holometabolous insects because they bear a pair of prominent compound eyes in the larval stage, representing the intermediate link between Holometabola and Hemimetabola. The larvae of Mecoptera represented by Panorpidae and Bittacidae are of eruciform type and possess eight pairs of abdominal prolegs in addition to three pairs of thorcic legs. However, whether these prolegs are serially homologous with the thoracic legs and evolutionarily homologous with the prolegs of other eruciform larvae are long-standing controversial problems, which have not been satisfactorily resolved to date. This proposal investigates the serial homology of prolegs in Panorpidae larvae through comparative embryology and Hox genes, and explores the evolutionary homology of prolegs in different eruciform larvae (Lepidoptera and Hymenoptera). By the cloning and expression of Hox genes related with proleg development and in situ hybridization techniques, the development mechanisms of the abdominal prolegs in the embryogenesis are clarified to elucidate the origin and evolution of the abdominal prolegs of different eruciform larvae, and to reveal the homological relationships of abdominal prolegs. This research will lay a foundation for the phylogenetic and evolutionary studies of the holometabolous insects and make necessary modification for the current concept of eruciform larvae.

长翅目是原始的全变态类昆虫之一，幼虫具一对发达的复眼，是联系全变态类与半变态类昆虫的重要纽带。长翅目蝎蛉科和蚊蝎蛉科幼虫为蠋式，除3对胸足外，腹部还有8对腹足，但这些腹足与胸足之间是否存在系列同源关系，与其它蠋式幼虫的腹足之间是否存在进化同源关系，迄今仍存有较大争议。本项目拟采用比较胚胎学和Hox基因相结合的方法，研究长翅目幼虫腹足与胸足及其它蠋式幼虫（鳞翅目和膜翅目）腹足的同源性关系，确定腹足与胸足间是否存在系列同源关系，探讨与其它蠋式幼虫腹足之间的进化同源性关系；通过腹足发育相关Hox基因的克隆与表达，采用原位杂交技术，阐明蠋式幼虫胚胎期腹足的发育机制，探讨不同昆虫类群中蠋式幼虫腹足的起源与演化，为全变态类昆虫的系统发育和进化研究提供更多证据，并对现有蠋式幼虫的概念进行必要的修订。

长翅目蝎蛉科和蚊蝎蛉科幼虫为蠋式，有3对胸足和8对腹足，但这些腹足与胸足之间是否存在系列同源关系，与其它蠋式幼虫的腹足之间是否存在进化同源关系，迄今仍存有较大争议。本项目采用比较胚胎学、组织学和发育生物学方法，研究长翅目、鳞翅目、和膜翅目昆虫胚胎期腹足的发育情况，探索腹足与胸足之间是否存在系列同源关系，并通过与其它蠋式幼虫腹足胚胎发育过程比较，揭示蠋式幼虫腹足的起源与演化，探讨其进化同源关系。通过腹足发育相关Hox基因的克隆与表达，采用原位杂交技术，阐明蠋式幼虫胚胎期腹足的发育机制。. 研究发现，长翅目幼虫腹足是胚胎期腹足原基基节的外长物，与胸足之间不存在系列同源关系；胚胎原位杂交发现，Dll基因表达在胸足端部以及整个腹足。认为蝎蛉腹足并非真正的附肢，腹足与胸足并非系列同源。. 膜翅目昆虫胚胎发育中，叶蜂胚胎腹部的突起与胸足不在同一条直线上，比胸足更靠近腹中线；胚胎发育期间，胸足原基分化成6节，而腹足原基不分节，最后发育成锥形的腹足。表明叶蜂幼虫的腹足起源于腹部附肢基节的内叶，与胸足不是系列同源结构。. 鳞翅目昆虫胚胎发育中，腹足与胸足位置与发育方式类似，1–10腹节的腹足原基与胸足在同一条直线上，随后3–6节和10节的腹足原基发育成腹足，其他体节的附肢原基退化，说明粘虫腹足为真正的附肢结构，与胸足系列同源。. 综上所述，长翅目、鳞翅目、和膜翅目幼虫之间，腹足是独立演化的，其中长翅目和膜翅目幼虫腹足来源于附肢原基基节的内叶，而鳞翅目幼虫腹足来源于附肢，因此这三个目的蠋式幼虫腹足之间，并不存在进化同源关系。. 本项目目前已发表学术论文18篇，其中SCI论文12篇，昆虫学报4篇。