寄主专化对植食性昆虫生殖隔离及物种形成的影响

植食性昆虫种类众多，占到了生物界物种总数的近40％，"寄主植物的转移和专化而导致物种形成"被认为是植食性昆虫物种丰富的一个重要原因，深入理解寄主分化和专化对生殖隔离和物种形成的影响，有助于我们揭示植食性昆虫物种多样性的本质。本研究以跳甲属（鞘翅目：叶甲科）昆虫为研究对象，采用分子生物学和行为学相结合的方法，探讨寄主植物专化对生殖隔离和物种形成的影响。（1）选择线粒体基因、核基因的部分片段以及AFLP等分子标记，对三种交配后生殖隔离不完善的专食性近缘跳甲的同域种群的遗传结构及种群间的基因流动情况进行分析，检验"交配后生殖隔离不完善的专食性近缘跳甲同域种群间不存在基因交流"的假设；（2）通过不同条件下专食性近缘跳甲的交配行为实验来验证"极其完善的寄主植物隔离可以直接导致选型交配行为，完善的交配前生殖隔离并不需要性隔离机制的产生"的假设。

通过3年的研究，我们完成了项目任务书中既定的研究内容。首先，我们基于多基因数据、交配后生殖隔离数据以及内共生菌的分子序列数据对蛇莓跳甲、老鹳草跳甲和蓟跳甲的种间关系进行了推断，三种数据均支持“蛇莓跳甲＋（老鹳草跳甲＋蓟跳甲）”，并且，我们对三个种的分歧时间进行了估算，发现三个种的分化时间短于100万年，这种快速分化很可能是由于寄主植物分化和强烈的寄主专化导致的。基于分子序列数据和行为学实验，我们发现，同域混合分布的蛇莓跳甲和老鹳草跳甲之间仅存在低水平的基因交流，而二者之间已经进化出了不依赖于寄主植物信号的行为隔离，我们推测，近乎完善的交配前生殖隔离是寄主专化导致的微生境隔离及不依赖于植物信号的行为隔离共同作用的结果。在完成预期研究的基础上，我们将研究工作进一步拓展，研究了行为隔离产生的机制，结合行为学和化学生态学的研究结果表明，跳甲利用接触性表皮碳氢化合物作为性信息素实现生殖隔离，寄主植物可以影响表皮碳氢化合物的成分的相对含量，从而影响跳甲的交配行为。因此，我们认为，寄主植物的转移改变了跳甲表皮碳氢化合物的成分和相对含量，进而影响跳甲雄虫的交配选择行为，可能是物种分化的一种模式。另外，我们还发现，蛇莓跳甲、老鹳草跳甲和蓟跳甲在交配选择时均可识别同种的雌雄以及不同生理状态的雌性个体（性成熟vs未性成熟），但并不完全依赖于表皮碳氢化合物的差异。