蝽总科的高级阶元分子系统发育研究

Pentatomoidea is the third largest superfamily in Hemiptera-Heteroptera, next to Miroidea and Reduvioidea. Currently, there are more than 7,000 known species, which are divided into at least 14 families. There are two published works about the phylogeny of Pentatomoidea. One has been finished mainly by a Brazilian heteropterist, and the other has been finished by me and the graduated students I guide. Both studies have made some progresses and suggested that Urostylididae and Acanthosomatidae are in the basal lineages of Pentatomoidea. Meanwhile, due to the restriction by incomplete taxon sampling, or insufficient numbers and lengths of the molecular markers, the phylogenetic relationships of some group are still unresolved including three key problems as follows. First, as the largest family in Pentatomoidea, is Pentatomidae monophyletic? Second, as the second largest family in Pentatomoidea, is Cydnidae monophyletic? Third, where is the phylogenetic position of Phloeidae? This project plan to sample 50 species of Pentatomoidea as ingroups and 10 species of the other superfamilies of Pentatomomorpha as outgroups. The 50 species of Pentatomoidea are expected to cover at least 13 families. As for the molecular markers, complete lengths of nuclear rDNAs and the mitochondrial protein-coding genes in mitochondrial genomes will be used in the phylogenetic studies. Based on the result of phylogenetic reconstruction, divergence time will be inferred to recognize the evolutionary history of Pentatomoidea. Up to now, the mitogenomes of 5 species representing 5 families have been sequenced.

蝽总科是半翅目异翅亚目中的第三大类群、仅次于盲蝽总科和猎蝽总科，世界范围内已知7000余种，被划分为至少14个科。蝽总科的系统发育已经有两项相关研究工作，其中一项主要由巴西的蝽类学家完成，另一项主要由申请人和所指导的研究生完成。一方面，这两项研究的结果都显示异蝽科、同蝽科等类群位于蝽总科的近基部位置；另一方面，由于代表类群选取和所使用的分子标记在数量、长度完整性等方面的局限，这两项研究也都留下了一些待解决的问题。其中主要包括三个问题：第一，作为蝽总科最大的科，蝽科是否为单系群；第二，作为蝽总科第二大的科，土蝽科是否为单系群；第三，三节蝽科在蝽总科中处于什么样的系统发育地位。本项研究拟选取至少13个科、50个物种的蝽总科类群和10个外群物种，基于全长核基因rDNA和线粒体基因组重建蝽总科的系统发育关系，并进行分歧时间推断，探讨起源与演化历史。目前已测定5个物种的线粒体基因组中大部分片段序列。

蝽总科是半翅目异翅亚目中的第三大总科、仅次于盲蝽总科和猎蝽总科，世界范围内已知7000余种，根据2020年最新的分类系统被划分为13-14个科，其中中国有9个科的分布、其余4-5个科在中国没有分布。在以植食性为主的蝽类昆虫中，蝽总科是第二大总科，其中物种多为植食性，例如近年来在世界范围内广受关注的茶翅蝽Halyomorpha halys，在云南、四川、广西、广东、海南、福建、台湾等南方7省造成荔枝严重减产的荔枝蝽Tessaratoma papillosa；同时在蝽科中包含有著名的捕食性天敌益蝽亚科，朱蝽等少量类群为腐食或杂食。在本项目开始之前，蝽总科的系统发育有两项代表类群取样较广的研究工作，其中一项主要由巴西的蝽类昆虫学家完成，另一项主要由申请人研究组完成，两项研究都涉及到了世界范围内的取样。一方面，这两项研究的结果都显示异蝽科、同蝽科等类群位于蝽总科的近基部位置；另一方面，由于代表类群选取或所使用的分子标记在数量、长度完整性等方面的局限，这两项研究也都留下了一些待解决的问题。事实上，在2021年9月发表于Systematic Entomology的一项研究，仍然未能在本质上有效推进该方向的研究，甚至有让问题进一步变得复杂的趋势。目前，该方向的研究主要包括五个问题：第一，蝽总科基干类群系统发育地位的次序；第二，作为蝽总科最大的科，蝽科是否为单系群；第三，作为蝽总科第二大的科，土蝽科是否为单系群；第四，三节蝽科在蝽总科中处于什么样的系统发育地位；第五，在蝽科中，基干类群亚科以及益蝽亚科的系统发育地位。通过赴国外采集和联合数据库中已知的数据，本项研究的代表类群取样涵盖了蝽总科中全部已知的科，基于由低覆盖度基因组得到的线粒体基因组、核基因rDNA和核基因蛋白质编码基因重建蝽总科的系统发育关系，并进行分歧时间推断，探讨起源与演化历史、提出修订科级阶元分类系统的建议。目前，已有一项受本项目资助的工作解析了前三个问题，处于第二次返修的投稿状态；另有一项主要关注后两个问题的工作，拟于2022年年底前投稿。