节肢动物系统发生关系的复原

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41272008
项目类别：
面上项目
资助金额：
105.0万
负责人：
陈均远
依托单位：
中国科学院南京地质古生物研究所
学科分类：
D0201.古生物、古人类和古生态学
结题年份：
2016
批准年份：
2012
项目状态：
已结题
起止时间：
2013-01-01 至2016-12-31

项目参与者：
王修强；廖馨；吴海辉；崔苗；曹廷；孙晓艳；徐宾；
关键词：
螯肢动物系统发生有颚类系统发生节肢动物系统发生

项目摘要

Extant arthropods represent highly evolved crown lineage arthropods. The fossil record is incomplete and the missing history of evolutionary origin and early evolution in arthropods had led the phylogeny reconstruction questionable. The recently discovered 530 Ma-old, Early Cambrian fossil fauna fill the gap and the fossils provide a novel evidence for phylogeny reconstructing of the Arthropoda. In the proposal, we will adopt modern cladistic approach for establishing the kinship of the relationship of the taxa by performing an outgroup analysis and evolutionary polarity and change of state in each of the select characters of the studied groups by distinguishing between primitive state (plesiomorphy) and shared derived state (synapomorphies) of each of the select observable characters in the studied group. The following taxa will choose for our cladistic recostruction: panarthropod stem-lineage groups; panarthropod stem lineages + proarthropods; Mandibulata and Chelicerata. In addition we also will accept phenetic method and use molecular data for tree reconstruction of crustaceans + insects; crustancean + myriopods. All the phylogeny reconstructions in above will archive a grand scenario for evolutionary tree of the arthropoda.

现生节肢动物均由高度演化的节肢动物冠支类群所组成，因此关于节肢动物起源和早期演化历史的复原主要借助于对化石的研究。因而节肢动物化石记录的不完整性给节肢动物系统发生的复原带来了困难。最近发现，5亿3千万年前寒武纪早期帽天山页岩化石群填补了以上化石缺失的历史，为展现节肢动物的系统发生过程提供了重要证据。本项目将以分支系统学为主要手段，通过对所研究类群（现生和绝灭）的可观察特征进行特征极性和性状状态的分析，以及祖征和新征的鉴别，分别对：泛节肢动物干支类群、有颚类（甲壳动物+昆虫+多足纲）和螯肢动物进行系统发生关系的复原。同时以分子系统学作为辅助手段，分别复原昆虫+甲壳动物和多足纲+甲壳动物类群的系统发生关系，并在上述研究基础上重建节肢动物系统树。

结项摘要

本课题以重建节肢动物系统发生关系以及重大分歧事件时间准确估算为主要目标。目前已经完成包括肢口动物、甲壳动物、百足动物、无翅类昆虫和有翅类群昆虫在内20多序列的测序和组装。下一步通过结合包括未发表天鹅绒和其他27个已发表基因组和转录组序列对比研究以及选择多个可靠化石校正参数，重建节肢动物和昆虫的系统发生树和估算分歧事件的时间。利用蛋白库数据，通过蛋白域比较分析，重建节肢动物和昆虫蛋白域的演化模型。.本课题以毛虫作为实验动物开展了昆虫高寒、低氧和高辐射环境适应遗传学背景及其演化的研究。通过分布不同海拔高度毛虫线粒体基因组比较研究，在13个基因中，所有基因都受到纯化选择，其中发现2个基因发生了插入和突变，三维建模显示以上突变可能导致蛋白高级结构的改变，使结构更加紧密。对其他9个线粒体基因进行QPCR荧光定量分析，发现这些基因随毛虫生存海拔的升高而发生表达抑制。这一现象与脊椎动物高原适应所产生的结果完全相反的，表明高原适应机制在不同生物类群之间存在差异。基因组水平高原适应遗传学背景的研究，已完成转录组测序和数据分析，发现了86个受到正选择的基因。GO富集查找提示这些正选择基因主要与低氧、低温和强紫外辐射有关。瓢虫植食、肉食和菌食不同食性转换遗传学背景的研究，已完成包括肉食性、菌食性和植食性瓢虫转录组测序，和对以上4种瓢虫和其它27种已发表昆虫虫转录组的组装（包含其他瓢虫科昆虫），并已着手构建瓢虫系统发生关系树和不同食性瓢虫分歧时间估算。蝽科吸植汁/吸血食性转换遗传学背景及演化的研究已完成对3种蝽科的测序，结合现有4种昆虫转录组数据，对其进行组装。将进一步利用比较基因组方法对吸血性的蝽科昆虫进行基因筛选，以便发现与吸血相关基因。目前已完成系统发生关系的重建，正在对目标基因集进行筛选以及食性转变遗传机制分析和关键食性基因的挖掘，为农业昆虫害虫防治、天敌昆虫利用提供基因组水平的参考信息，为医学昆虫防控提供有价值的药物靶基因资源。以萤火虫为实验动物开展了昆虫水陆生存环境转换遗传学背景及其演化的研究。已完成水生萤火虫和陆生萤火虫转录组测序和组装以及基因表达分析。在此基础上，我们将进一步构建基于选择压力分析的系统发生树和分歧时间的估算；筛选快速演化和受正选择的目标基因，并对这些基因所编码蛋白进行三维建模；并结合序列差异，从基因表达和序列变异角度阐释水生和陆生适应演化分子遗传背景。