尺蛾科昆虫的渐渗杂交现象研究—以巨青尺蛾属为例

Since being proposed, introgressive hybridization has gained wide attention, and has been found and reported within multiple kinds of plants and animals. Currently, there are few examples of introgressive hybridization focusing on insects, and most of these studies are based on morphology or comparing phylogenetic relationship of mtDNA and ncDNA. Different with previous study, this project combined morphology, molecular systematics and multiple analytical methods to study introgressive hybridization within Limbatochlamys (one Chinese endemic genus). By comparing phylogeny, genetic diversity and estimating direction and size of gene flow, we intend to explore the form, occurrence and influence of gene introgression. We also infer whether the climatic fluctuations are the driver of gene introgression by reconstructing potential distribution during the Last Glacial Maximum and the last interglacial. In addition, we focus on hybrid zone. After comparing morphological characters in and out of hybrid zone, effective identification features between species can be found and confirmed. This study firstly explores the introgressive hybridization within Limbatochlamys based on multiple genes and analytical methods, and intends to reveal the effects of introgressive hybridization on species differentiation, phylogeographic pattern and the evolution of morphology. We believe this study will lay foundation for related research for Lepidoptera, even insect.

渐渗杂交自提出以来，便受到广泛关注，并在多个动植物类群中均有发现。目前，昆虫中已报道的渐渗杂交的例子很少，且多是基于形态学研究以及单纯的比较线粒体基因和核基因的系统发育关系来进行推测。本项目将结合形态学研究、分子生物学手段以及多种分析方法，对中国特有属——巨青尺蛾属进行基因渐渗的研究。通过比较三种不同遗传来源基因（线粒体基因、常染色体核基因和性染色体基因）的系统发育结构、估算基因流的方向、大小，探讨基因渐渗的类型、发生和影响。同时，重构物种在更新世冰期和间冰期的潜在分布区，确定基因渐渗的诱导因素是否为冰期。此外，通过比较杂交域内与杂交域外种群的形态学特征，确定有效的物种鉴别特征。本研究首次基于多种基因和多种分析方法探讨巨青尺蛾属内的基因渐渗，揭示基因渐渗对尺蛾科昆虫物种分化、谱系格局和形态进化的重要影响，为鳞翅目乃至昆虫纲的相关研究奠定基础。

在一些场景下，基于线粒体基因和核基因构建的系统发育树可能是不一致的。对于昆虫来说，主要有三个原因可能导致这种不一致：杂交，不完全的谱系分选和wolbachia感染。在本研究中，我们应用了多基因的联合分析方法来探讨这三个过程在中国巨青尺蛾和异巨青尺蛾的进化历史中是如何发生的。研究结果显示，核基因支持两个物种为独立的单系群，而线粒体基因则支持两个物种的并系且存在广泛的混合。首先基于非常低的wolbachia感染率，我们排除了wolbachia感染导致上述不一致的原因。其次，核基因固定的碱基变化，较大的核基因遗传距离（1.5—2.5%) ，以及形态学上两个物种的稳定差异，均支持两个物种间的谱系分选过程已经完成，两个物种已经经历了较长时间的自由演化。因此我们排除了不完全的谱系分选的原因。共享单倍型的存在，双向的线粒体基因流的存在，以及过渡形态个体的发现都支持物种杂交才是导致两个物种系统发育结构不一致的主要原因。冰期时的分布地收缩以及冰后的扩张可能促进了杂交过程。综合来看，两种尺蛾现在的遗传结构是分布地收缩、隔离在片段化的避难地、冰期后扩张以及二次混合的综合结果。