双齿多刺蚁社会遗传结构及亲缘识别机制研究

The evolution of social structure and nestmate recognition in social insects are hot topics in the field of evolutionary biology. The spiny ant Polyrhachis dives Smith is highly socially polymorphic, and thus can be an ideal candidate for studying such topics. In this project, we aim to develop a novel set of polymorphic microsatellite markers in P. dives, reveal its fine-scale sociogenetic organization, and investigate the interactions and inter-relationships among various underlying social factors (e.g. colony queen number, queen-mating frequency, genetic relatedness among colony members, and reproductive skew among reproductive individuals). Based on these data, we would be able to test the hypothesized negative association between colony queen number and queen-mating frequency. We also aim to examine the roles of various factors (i.e. colony queen number, intracolonial genetic variability, intercolonial genetic and geographic distances, intercolonial CHC chemical differences, and colony size) in the nestmate recognition through an integrated application of field surveys, molecular biology, behaviorological and chemical analysis approaches. The findings would not only enrich our knowledge about the social and behavioral evolution in social insects, but would also contribute to the conservation and exploitation of this valuable biological resources.

社会性昆虫社会结构进化和亲缘识别机制是进化生物学上的研究热点问题。双齿多刺蚁(Polyrhachis dives Smith)具有高度复杂多态的社会结构，是研究社会性昆虫社会结构进化及亲缘识别机制的理想材料。本项目拟针对双齿多刺蚁开发一套多态微卫星引物；利用微卫星分子标记揭示其微尺度社会遗传结构，探讨社会结构各要素（如巢群蚁后数目、蚁后交配频率、成员间亲缘关系、繁殖个体间生殖偏性等）之间的相互作用和关系，并验证巢群蚁后数目与蚁后交配频率呈负相关的假说；同时，综合运用野外观测、分子生物学、行为学及化学分析等手段和数据，首次在单一物种上全面探讨各类影响因子（即：巢群蚁后数目、巢群内遗传变异、巢群间遗传距离、巢群间空间距离、巢群间CHC成分差异、巢群大小等）在亲缘识别机制中的角色。研究结果将丰富我们对社会性昆虫社会结构和行为进化的知识，也有助于我们更好地保护和利用好这种珍贵的药食用蚂蚁资源。

社会性昆虫社会结构进化和亲缘识别机制是进化生物学上的研究热点问题。双齿多刺蚁具有高度复杂多态的社会结构，是研究社会性昆虫社会结构进化及亲缘识别机制的理想材料。本项目采用高通量测序技术，针对双齿多刺蚁开发了一套微卫星引物，检测表明其具有良好的跨物种通用性，并验证支持了“微卫星标记跨物种可扩增性与遗传距离成反比”的假说。采用9个微卫星位点对来自30巢900份双齿多刺蚁样本进行了基因分型，揭示出巢间高度的遗传一致性，这可能部分归因于该种存在巢内个体交配现象。对4个采样点20巢双齿多刺蚁进行的亲缘识别行为实验表明，巢群间个体配对几乎不发生敌对行为，表现出超级巢群的特征。我们推测，这很大程度上可归因于上述遗传一致性导致的亲缘识别物质（表皮碳氢化合物）的高度一致性。此外，我们还揭示了双齿多刺蚁线粒体基因组中独特的蛋白编码基因阅读框移码现象。本研究结果丰富了我们对研究结果将丰富我们对社会性昆虫社会结构和行为进化的认识，也有助于我们更好地保护和利用好这种珍贵的药食用蚂蚁资源。