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保护区学院野保学科在濒危动物与寄生虫协同演化机制研究方面取得新进展

发表时间:(2019-04-04)

  寄生习性在动物界至少独立起源了两百余次,双翅目是昆虫纲甚至动物界中寄生习性起源次数最多的类群,其中最为特殊的即为狂蝇科——唯一的哺乳动物专性内寄生昆虫类群。该类群起源于始新世中期,幼虫为哺乳动物皮下寄生虫(疽蝇亚科,皮蝇亚科)、哺乳动物消化道(胃蝇亚科),或鼻咽腔(狂蝇亚科)寄生虫,并具有极强的寄主专一性,形成了“狂蝇—哺乳类”紧密协同演化关系。

 

  胃蝇是胃蝇亚科昆虫的统称,目前有3属:象胃蝇属、犀胃蝇属和马胃蝇属,其幼虫分别专性寄生于象科、犀科、马科动物消化道,造成寄主的胃蝇蛆病。我校“野生动植物保护与利用”国家级重点学科在新疆普氏野马放归区开展普氏野马重引入种群复壮研究的过程中,发现以胃蝇蛆病为代表的寄生虫疾病已经替代顶级捕食者的捕食效应成为制约我国新疆普氏野马成功野化的主要瓶颈。开展胃蝇与其哺乳类寄主的协同演化研究可望揭示胃蝇蛆病在我国新疆普氏野马放归区的发生机制,进而为普氏野马胃蝇蛆病的生态防控提供理论依据。

 

  近期,生物学TOP期刊、昆虫学一区期刊 Systematic Entomology (IF="4.237)在线发表了我校自然保护区“野生动植物保护与利用”国家级重点学科题为“Evolutionary history of stomach bot flies in the light of mitogenomics”的研究论文,该研究首次获取了涵盖胃蝇全部3个属级阶元的线粒体基因(组)数据,并揭示了胃蝇昆虫随寄主的协同演化历史。

 

1 胃蝇地理起源及扩散历史评估。左基于DIVA进行的胃蝇起源地重建;右2千万前起长鼻目、犀科、马科动物的地理迁移路径。

 

2 胃蝇祖先产卵部位重建。自上而下分别为基于MPBBMS-DIVA的重建结果。系统树上方的卵自左向右分别为象胃蝇、犀牛胃蝇、黑腹胃蝇、三列棘胃蝇、肠胃蝇、红尾胃蝇、裸节胃蝇、鼻胃蝇、南方胃蝇和黑角胃蝇,蓝绿色示II型卵附着结构,粉色示I型卵附着结构。

 

3 胃蝇三龄幼虫祖先附着部位重建。

 

  在生物地理学和行为学层面,该研究明确了胃蝇各支系均起源于非洲大陆,其寄主转移路径为“由象科到犀科,再由犀科到马科”,其后随着寄主的迁移扩散至欧亚大陆(图1)。胃蝇寄主的转移加速了胃蝇的物种形成并促进了胃蝇生态位的分化,主要表现为马胃蝇已知多样性在胃蝇亚科中为最高,其雌虫产卵部位(图2)和三龄幼虫寄生部位(图3)分化十分显著。

 

  分子生物学层面,相比于其他有瓣蝇类,胃蝇线粒体基因组具有较高的鸟嘌呤、胞嘧啶含量,这一特征有助于维持其生活于哺乳动物消化道这一高温、强酸环境时DNA结构的稳定性;此外,胃蝇线粒体蛋白编码基因具有较高的基因进化速率,支持van Valen于1973年提出的可反映“寄主—寄生虫”协同演化模式的“红皇后”假说,体现了胃蝇对哺乳动物消化道内生活的适应性。

 

  本研究由我校自然保护区学院张东教授团队主导,哥本哈根大学、墨尔本大学的科学家共同参与完成,我校博士研究生闫利平为论文第一作者,张东教授为通讯作者。论文发表后即得到英国自然历史博物馆、丹麦自然历史博物馆、英联邦科学和工业研究组织等研究机构科学家的高度好评,认为该研究是“经典的自然历史研究”,并“利用先进的方法拓展了我们对生命的认知”。

 

  该研究工作得到了北京林业大学“杰出青年”人才培育计划(JC2015-04)、国家自然科学基金项目(31572305,31872964)的资助。

 

  文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/syen.12356。(A23)

来源:自然保护区学院          作者:自然保护区学院          浏览次数: