针尾部膜翅目线粒体系统发育基因组学与捕食习性进化

The aculeate Hymenoptera (Apocrita: Aculeata) is an important group, including many natural enemies of agricultural and forestry pests and exhibiting a variety of life history strategies of predation and sociality. However, the origin and evolutionary process of the predatory behavior in the Aculeata as well as the phylogenetic relationships among its major lineages are still in controversy. Here, the mitochondrial genomes of representative species from 15 families of Aculeata will be sequenced using high-throughput approach that would be established for the hymenoptera species in the initial stage of the project. After the completion of sequencing, characteristics and evolutionary pattern of the mitochondrial genomes will be analyzed using comparative genomic approaches. Based on previous analysis, the phylogenetic relationships among major lineages of the Aculeata will be constructed using the complete mitochondrial genomes, as well as the nuclear gene sequences. Finally, the origin and evolutionary process of the predatory behavior in the Aculeata will be inferred according to the topological structure of the phylogenetic tree. The results of our research will shed light on the study of animal phylogeny and evolution,and behavioral evolution of insects. Our work will also promote the development of biological control in our country on the evaluation of the function of the aculeate Hymenoptera in natural eco-systems and the investigation of efficient natural enemies of agricultural and forestry pests.

针尾部膜翅目是一类重要的天敌昆虫资源，在进化过程中逐渐演化出各种捕食习性以及复杂的社会性。然而关于该类群中捕食习性的起源与进化过程以及主要类群间的系统发育关系仍存在较大争议。本项目以针尾部膜翅目15个科的代表性种类为研究对象，首先建立基于高通量测序技术的膜翅目线粒体基因组测序方法，并对这些种类的线粒体基因组进行测序；通过比较基因组学的方法分析不同类群线粒体基因组的特征，揭示线粒体基因组在该类群中的进化方式；在此基础上构建基于线粒体基因组的针尾部昆虫主要类群的系统发育关系，并辅以核基因序列进行验证，解析进化树拓扑结构与类群间进化关系，进而分析针尾部昆虫捕食行为的起源与进化过程。研究结果不仅能推动生命科学领域中动物系统发育与进化、昆虫行为习性的进化等研究的开展，而且有利于我们系统评价膜翅目昆虫在自然界中的生态功能，发掘农林害虫高效天敌昆虫种类，对促进我国生物防治事业的发展有着深远的现实意义。

针尾部膜翅目是一类重要的天敌昆虫资源，在进化过程中逐渐演化出各种捕食习性以及复杂的社会性。然而关于该类群中捕食习性的起源与进化过程以及主要类群间的系统发育关系仍存在较大争议。本项目针对膜翅目线粒体基因组测序困难的问题，建立了高通量测定线粒体基因组的技术方法。共测定针尾部5个总科17科38种昆虫的线粒体基因组序列。首次报道了蛛蜂科Pompilidae、梨头蜂科Embolemidae、螯蜂科Dryinidae、土蜂科Scoliidae、蚁蜂科Mutillidae和钩土蜂科Tiphiidae的线粒体基因组。系统比较了针尾部蜜蜂总科线粒体基因组的特征，基于基因重排和基因序列构建了蜜蜂总科主要类群间系统发育关系。发现泥蜂是并系类群，蜜蜂单系分为长舌蜜蜂和短舌蜜蜂，方头泥蜂Crabronidae（并系类群）是与蜜蜂关系最近的类群。构建了针尾部主要类群间的系统发育关系。肿腿蜂科与蚁蜂科可能存在长枝吸引现象。在去除长枝吸引的种类后，结果均支持青蜂总科、土蜂总科和蛛蜂总科形成一个分支，胡蜂总科、蚁总科与钩土蜂总科在一个分支上。系统发育分析结果支持蜜蜂类的传粉行为由泥蜂类的捕食行为独立进化而来，蛛蜂、胡蜂等类群的捕食行为的产生是针尾部中的多次独立进化事件。研究结果不仅能推动生命科学领域中动物系统发育与进化、昆虫行为习性的进化等研究的开展，而且有利于我们系统评价膜翅目昆虫在自然界中的生态功能，发掘农林害虫高效天敌昆虫种类，对促进我国生物防治事业的发展有着深远的现实意义。