文摘

最近的一些研究调查的多样化模式广泛desert-adapted脊椎动物有相关联的遗传分化的主要时期新第三纪晚期造山事件;然而很少有项目解决了这些模式在广泛的无脊椎动物。我们检查phylogeographic模式广泛蚁蛉的物种Brachynemurus sackeni哈根(脉翅目:蚁蛉科)使用地区的线粒体基因的细胞色素氧化酶(COI)。然后,我们使用一个分子钟估计发散日期主要血统。我们的分析导致发展史表明两个截然不同的血统,这两个很可能不同的物种。这揭示了第一次神秘species-complex蚁蛉科。基因分离血统日期约为3.8 -470万年前,可能与新第三纪造山运动。phylogeographic模式不匹配模式中发现其他类群。未来的分析在这个species-complex可能会发现在这一组独特的进化历史。

1。介绍

Phylogeographic分析调查家谱和他们的地理分布之间的关系1]。许多最近的研究调查的历史生物地理学新北区的旱地phylogeographic分析广泛,desert-adapted类群(2- - - - - -7]。这些研究通常主要相关基因差异与造山事件发生在新第三纪末。由于这些新第三纪晚期事件,深受不同的演化支被发现被限制在(奇瓦瓦)东部和西部莫哈韦和索诺兰沙漠。虽然各种假设,详细的原因多元化新北区的arid-adapted生物群的方法(广义模型8),小范围广泛的工作已经完成,arid-adapted节肢动物(7]。Phylogeographic这些生物的分析将有助于发展的广义模型详细多样化的沙漠。

除了phylogeographic分析历史生物地理学的重要性,这些分析通常揭开神秘物种的存在(9- - - - - -13]。识别这些记录生物多样性的复合物是一个重要的方面,可以有利于保护策略的发展14,15]。

虽然有些phylogeographic已完成调查arid-adapted节肢动物,像甲虫16,17[],天鹅绒蚂蚁7,18),和蜘蛛2,19),几个不同的节肢动物组织仍然是未知的。一个这样的群体是蚁蛉脉翅目:蚁蛉科)。蚁蛉的部落Brachynemurini很适合phylogeographic分析调查的历史新北区的沙漠,因为他们是最丰富的干旱或半干旱地区的美国西南部和墨西哥北部20.]。此外,由于蚁蛉经济重要天敌,成年人通常捕食毛虫和蚜虫(21),与花相关的潜在pollinators-several物种和潜在转移花粉(20.)了解蚁蛉的遗传多样性和物种限制可以帮助生物学家和土地管理者。

在这项研究中,我们调查phylogeographic模式普遍蚁蛉的人群中,Brachynemurus sackeni哈根(图1),为了了解新北区的沙漠生物群的多元化。我们应用分子钟,为了估计日期相关的主要分歧在这个物种多样化的记录和比较这些日期发表在其他desert-adapted动物。这项研究代表了第一个phylogeography和第一个分子系统发育分析进行蚁蛉。


图1
男性Brachynemurus sackeni从峡谷深处,加利福尼亚。

2。材料和方法

2.1。分类抽样

标本收集的网站在北美西部(图2)从2002年到2009年使用黑色光阱和荧光灯笼陷阱。所有标本被直接放置到95%的乙醇,那些用于分子考试已经贴上凭证标本和存入生物学系昆虫收集、犹他州州立大学,洛根,UT(电动车组)。沙漠边界讨论物种分布和历史生物地理学从Omernik改变22]。


图2
北美西部的地图显示主要的沙漠和干旱的土地改变从Omernik22]。封闭圈(⬤)显示收集标本血统的位置1,和开放的圈(⚪)表明收集标本血统2的位置。
2.2。分子的方法

DNA提取中间和后腿的每个标本使用高纯PCR模板准备工具包(罗氏制药,印第安纳波利斯)。线粒体细胞色素氧化酶基因的一部分我(COI)放大使用底漆对LepF1 (ATTCAACCAATCATAAAGATATTGG)和LepR1 (TAAACTTCTGGATGTCCAAAAAATCA) [23),放大一个大约700个基点的线粒体细胞色素氧化酶基因的DNA片段。聚合酶链反应发生在20μL体积与下列条件:3毫米MgCl2200点核苷酸,2单位Taq每个引物的聚合酶,1毫米,和标准PCR缓冲浓度。对于每一个PCR,大约20 ng的模板DNA是添加到反应。PCR程序包含一个初始步骤150秒的94°C,紧随其后的是35周期为30秒94°C, 47°C 60秒,72°C,持续60秒,72°C的最后一步10分钟。放大产品可视化在琼脂糖凝胶,用溴化乙锭染色。成功的PCR产品使用异丙醇清洗净化。序列分析ABI棱镜3730基因分析仪。PCR产物测序在两个方向和序列重叠群装配使用Sequencher 4.0(基因代码Corp .,安阿伯市MI)。DNA序列对齐使用Clustal W (24)和校准视觉检查和纠正MacClade 4.07 [25]。所有COI序列存入基因库(加入数字HQ386913-HQ386931:表1)。之间的遗传距离主要演化支成对百分比的计算确定的数量差异(点突变、插入或删除)的数量除以碱基对的两个序列的时间越长。

表1
描述性信息的分类单元用于这项研究。

两个额外的DNA区域,内部转录间隔区区域1和2 (ITS1和ITS2),放大了数量有限的样本调查的可能性,这些基因间区域被用于phylogeographic分析。引物5”-GATTACGTCCCTGCCCTTTG-3”(forward-18S)和5”-CGATGATCAAGTGTCCTGCA-3”(反- 5.8)26被用于ITS1轨迹和5”-GGCTCGTGGAATCGATGAAGAACG-3”(转发5.8 s)修改从Weekers et al。27),5”-GCTTATTAATATGCTTAAATTCAGCGG-3”(27被用于ITS2。PCR程序包括一个初始步骤150秒的94°C,紧随其后的是35周期为30秒94°C, 52°C (ITS1)或56°C (ITS2) 60秒,72°C,持续60秒,72°C的最后一步10分钟。

2.3。系统和网络分析

基因位点COI受到贝叶斯分析使用MrBayes v3.1.2 [28]。序列分析的一般倒流模型序列进化(29日跨站点)不变的网站和gamma-distributed率变化(GTR +我+Γ)和所有参数分离位点。贝叶斯分析包括四个独立的运行与加热三链和一个冷链在每次运行。马尔可夫链蒙特卡罗(密度)链设置每100代3000000代和采样;链运行直到分裂频率的平均标准偏差低于0.01。老化期后的3000个样本被分析图形的平稳性。Brachynemurus hubbardi柯里和Scotoleon yavapai(Currie)作为外围集团,因为他们是密切相关的b . sackeni(20.]。

我们建造了一个parsimony-based单体型网络使用对齐CO1序列b . sackeni标本使用TCS version 1.21 [30.]。这个项目估计95%的重新连接限制单之间差距视为缺失的数据。

3所示。结果

3.1。系统发育,单体型网络的结果

从两个基因间区序列(ITS1和ITS2) 一个 / T 丰富(ITS1: 一个 = 4 2 。 7 %, T = 4 2 %, C = 6 %, G = 9 。 3 %。ITS2: 一个 = 4 2 。 1 %, T = 4 2 %, C = 8 。 1 %, G = 7 。 8 %)。因为这两个地区 一个 / T 丰富,有问题的系统分析,我们没有使用这些序列在随后的分析。

可用COI序列得到的17岁b . sackeni标本收集的网站在新北区的沙漠(图2)。总共679个基点的COI序列。贝叶斯分析树产生的分子数据,清楚地显示了两个不同的b . sackeni血统(图3)。这两个谱系之间的遗传距离相对较高(8.7 -10.9%)。没有明确的生物地理的模式之间的两个主要的血统,但有一些地理结构在血统2(图3)。血统2是分成两个subclades,一个由人口从莫哈韦索诺兰沙漠和西部和其他的奇瓦瓦沙漠及周边地区。虽然一些系统结构是家族内发现1,没有明确的生物地理的模式演化支。


图3
贝叶斯分析树的共识在对齐COI数据集。数字在每个节点表示后验概率。集合地点为每个b . sackeni标本。估计发散日期有两个节点用黑色圆圈。

单体型网络分析还表明,存在大量的遗传变异的数量b . sackeni。总共有七个网络形成基于COI数据集(图保持一致4)。四个网络是由单一的个体。与血统有关的人群1形成一个网络,除了一个人从绿河,犹他州,和一个人从墨西哥帽子,UT,每个放置在自己的网络。血统2被分成两个单型的网络和两三个人口(图组成的网络4)。


图4
单体型网络基于对齐COI数据集。人口命名基于他们的集合地点,和人口对应血统从图1和血统23标记。单矩形包围估计的祖先的单体型网络。

4所示。讨论

斯坦格(20.)建议b . sackeni是高度可变的形态,更详细的研究可能导致的物种。我们的分析表明,该物种也高度可变基因。遗传距离、系统评估和单体型网络建议b . sackeni应该分成两个血统(我们的血统1和血统2:图吗3),可能是两个不同的物种。Brachynemurus sackeni有两个同义词,原本的颜色和大小。基于后续的分析的重要性,斯坦格20.)建议适合的颜色和大小差异变化中看到b . sackeni。我们的分析表明,b . sackeni由多个物种,我们同意斯坦格(20.),颜色和大小差异变量和不代表不同的物种在这种情况下,因为多个颜色存在形式和大小在两大血统的发展史。形态特征的详细分析,尤其是生殖器,可能会发现两者之间的形态差异b . sackeni物种。因为这些物种是遗传学上截然不同的,但不容易区分目前文献中给出的形态特征的基础上,b . sackeni代表第一个已知的神秘species-complex蚁蛉科。

虽然分析的几个调查的历史生物地理学新北区的沙漠所描述的东/西分裂密切相关的物种与妹妹物种经常被限制(奇瓦瓦)东部和西部莫哈韦和索诺兰沙漠(2- - - - - -5,7),我们的分析没有发现物种之间的这种模式b . sackeni神秘的species-complex。相反,我们收集物种1在索诺兰沙漠西部,莫哈韦沙漠,大盆地沙漠以及科罗拉多高原和德克萨斯州南部的奇瓦瓦沙漠附近(图2)。同样,我们收集物种2在索诺兰沙漠西部,莫哈韦奇瓦瓦沙漠,以及新墨西哥北部的高地平原(图2)。虽然我们看不到任何生物地理学模式物种之一b . sackeni神秘species-complex,我们看到一个东方/西方人群中物种分裂2,与一个血统被发现在莫哈韦索诺兰沙漠和西部,和其他血统被发现在奇瓦瓦沙漠及周边地区(图3)。这样的模式与两个新第三纪晚期造山事件(3- - - - - -5,7)和更新世气候变化(2,18]。散度日期需要为了理解过程导致内部多样化b . sackeni神秘的species-complex。

使用我们的COI序列数据和全球节肢动物分子钟估计2.3%的序列差异每百万年血统2,31日),我们大致日期之间的分歧时间的物种,在物种之间的主要血统2。物种之间分歧时间估计分裂表明物种形成事件发生在-470万- 3.8年前。物种之间的分歧主要血统2估计从-280万年前的2.5。因为广泛的日期已经提出了山脉的隆起在北美西部,散度日期从男童数百万年可能可能与造山事件32]。因此,即使没有明确的生物地理的模式物种之间存在的主要分歧在这个species-complex,这些分歧在物种2,可能与新第三纪晚期造山事件导致许多西部的沙漠的形成,在众多arid-adapted物种多样化。

因为没有生物地理的模式物种之间可以看到b . sackeni神秘species-complex,很可能代替种事件和传播塑造了这一群体的历史事件。鉴于这一分析是基于有限数量的标本,它必须被视为初步。未来分析检查更详细phylogeographic模式在这个species-complex可能会发现额外的模式的多样性,它可以帮助理解过程导致多元化的新北区的沙漠和干旱的土地。

确认

作者感谢犹他州州立大学的卡罗尔·冯·Dohlen实验室空间和设备的使用。资助这项研究提供了部分美国国家历史博物馆的西奥多·罗斯福纪念基金通过格兰特和西南研究站。提供了额外的资金通过加州沙漠研究基金在社区基础。本研究也支持了犹他州农业试验站,犹他州州立大学,洛根,UT和期刊论文没有被批准。568年。