基因组证据揭示了日本蝗虫这一具有翅型二态性的蝗虫复合群在分类上的过度细分现象

《BMC Genomics》：Genomic evidence reveals taxonomic oversplitting in a wing dimorphic grasshopper complex Tetrix japonica

　　

摘要

背景

准确的物种划分是生物多样性研究的基础，但在那些具有形态可塑性且分类学上存在争议的群体中，这一工作仍然面临挑战。Tetrix japonica复合群（直翅目：蝗科）包含分布广泛的种群以及多个以翅膀形态等多变特征来定义的物种。这些分类单元及其所属的属（Alulatettix和Formosatettix）的有效性一直存在很大争议。为明确这些分类边界，我们以染色体级别的参考基因组为基准进行了全基因组重测序。

结果

我们分析了来自东亚各地50个样本的1,095,722个高质量SNP。通过主成分分析（PCA）和ADMIXTURE分析（最优K值=1），发现这些种群拥有统一的基因库，不存在与当前分类体系相对应的显著遗传亚结构。种群间的遗传分化程度较低（整体F_ST接近0.03），且与地理距离存在显著相关性（距离隔离效应），这说明遗传变异是由空间分离而非生殖隔离导致的。随机森林分类器在区分不同物种时的准确率仅为16.7%，这进一步表明基因组数据无法支持现有的基于形态的特征分类法。系统基因组重建（IQ-TREE）也显示，所有研究样本之间亲缘关系十分密切。A. wudangshanensis和F. gonggashanensis等关键分类单元实际上属于T. japonica复合群内部的嵌套谱系，它们与地理上相近的种群聚类在一起，而非形成独立的属级分支。

结论

我们的研究结果表明，T. japonica实际上是一个分布广泛、具有高度形态可塑性的单一种群。此前用于划分不同物种和属的鉴别特征，尤其是翅膀形态和不能飞行这一特性，在此处被重新理解为种内多态性。我们的基因组数据为之前的假设提供了分子层面的支持，即A. wudangshanensis、F. shennongjiaensis和F. gonggashanensis都属于T. japonica复合群。这项研究强调了将系统基因组学与机器学习相结合的必要性，以此纠正直翅目分类学中历史遗留的过度分类问题。