基于形态学和分子数据确定Eulimnadia cylindrova sensu lato(枝角纲:Spinicaudata)及其隐存种的分类地位

时间:2026年1月20日
来源:Zoologischer Anzeiger

编辑推荐:

摘要Eulimnadia物种分类受成体形态塑性影响,本研究整合形态学(成体解剖及SEM蛋壳分析)与分子数据(28S rRNA、12S rRNA、cox1、cytb),通过ABGD和bPTP方法界定物种,并构建ML和BI系统发育树。确认E. taoluoensis有效物种地位,形态与基因分化显示其与墨西哥种群亲缘关系最近(cytb divergence 0.55-1.05%)。揭示E. cylindrova sensu lato非单系群,至少包含4个单系群。该研究为形态塑性类群提供整合分类范式,明确E. taoluoensis系统地位及E. cylindrova sensu lato演化格局。

广告
   X   

孙晓燕|程金辉
中国科学院南京地质古生物研究所古生物学与地层学国家重点实验室,中国南京,210008

摘要

Eulimnadia的物种分类一直是一个备受关注的问题,因为成体形态特征的可塑性往往导致分类分辨率较低。在过去的三十年中,保守的卵形态特征已成为最可靠的分类依据,尤其是在识别近缘物种时。为了解决这些分类上的不确定性并明确E. cylindrova广义群体内的系统发育关系,我们整合了形态学分析(成体软体解剖结构和通过扫描电子显微镜观察的卵壳形态)和分子数据(四个基因标记:核28S rRNA、线粒体12S rRNA、cytbcox1)。物种界定采用了基于距离(ABGD)和基于树(bPTP)的方法,并结合最大似然(ML)和贝叶斯推断(BI)进行系统发育重建。我们的结果证实了E. taoluoensis的有效性:它在形态上与E. brauerianaE. indocylindrova不同;值得注意的是,在系统发育树中,E. taoluoensisE. braueriana形成了一个独立的支系,两者之间存在显著的cox1(22.34%)和cytb(14.18–14.90%)遗传差异(这排除了先前的同物异名假设)。分子系统发育分析和系统发育信号解析强烈表明E. cylindrova广义群体是非单系的,并且至少存在四个不同的支系。E. taoluoensis嵌套在E. cylindrova墨西哥种群中,两者之间的cytb遗传差异较低(0.55–1.05%),这为它们可能是同种提供了初步的分子证据。未来结合全面的形态学比较和多基因位点遗传数据的研究对于验证这些密切相关的谱系的分类地位至关重要。我们的发现为E. taoluoensis提供了首个分子数据,并明确了E. cylindrova的物种有效性及其系统位置。本研究展示了整合分类学在解决具有形态可塑性群体的分类争议中的实用性,并为Eulimnadia的物种界定提供了关键见解。

引言

Eulimnadia Packard 1874是Limnadiidae科中多样性最高的属,属于Spinicaudata亚目(甲壳纲:枝角类),包含约53个物种,主要为滤食性或碎屑食性动物(Brendonck等人,2008;Rogers等人,2009;Rogers等人,2010;Reed等人,2015;Wang等人,2012;Liu等人,2020)。这些小型甲壳动物的体长通常在0.5到1厘米之间,目前分布于除南极洲以外的所有大陆的各种临时性水池生境中(Brendonck等人,2008;Rogers,2009)。值得注意的是,Eulimnadia物种表现出全雌雄同体或雌雄异株的繁殖特征,这在自然界中较为罕见(Weeks等人,2006,2009)。传统上,Eulimnadia的分类依赖于诸如头甲大小和形状、生长线、头部形状、触角长度、尾节刺以及雄性夹器等形态特征(例如,Mattox,1954)。然而,由于这些成体形态特征在物种鉴定中的不可靠性(Belk,1989;Rabet,2010;Reed等人,2015),物种级别的分类面临挑战。
自1989年以来,许多利用扫描电子显微镜(SEM)的研究表明,卵壳的形态、大小和结构是Eulimnadia的重要分类特征(Belk,1989;Martin,1989;Martin & Belk,1989;Shen & Huang,2008;Rabet,2010;Rabet等人,2012,2015;Timms,2016)。最近的基于分子的系统发育研究(Hoeh等人,2006;Schwentner等人,2009;Weeks等人,2009;Reed等人,2015;Bellec & Rabet,2016)和分类修订(例如,Rogers等人,2012;Timms & Rogers,2020)证实了Eulimnadia属的单系性,并揭示了该属内存在多个未解决或多系的物种群,其中包括E.diversa(Mattox,1937)、E.texana Packard,1871和E. cylindrova Belk,1989)。因此,Eulimnadia物种的界定仍存在高度不确定性。
历史上,E. cylindrova因其圆柱形卵而被认为是一种广泛分布的物种,分布于日本的临时水域、美国南部和墨西哥北部的沙漠地区以及加勒比海地区,最南端的分布范围到达委内瑞拉和加拉帕戈斯群岛(Belk,1989;Brendonck等人,1990;Pereira & Garcia,2001;Weeks等人,2009;Rabet等人,2014;Bellec & Rabet,2016;Rogers & Cruz-Rivera,2020;Rogers等人,2020)。Brendonck等人(1990)注意到来自加拉帕戈斯群岛(圣克鲁斯)、墨西哥(奇瓦瓦州和圣路易斯波托西州)和美国的E. cylindrova种群在卵形态和大小上存在轻微差异,但这些差异不足以支持物种级别的区分。对委内瑞拉Limnadiidae物种的分类回顾表明,委内瑞拉的E. cylindrova样本在触角叶的形态上与加拉帕戈斯群岛的样本不同(Pereira & Garcia,2001)。此外,基于细胞色素b(cytb)和延长因子1α(EF1α)的最新分析显示,来自美国、墨西哥和加拉帕戈斯群岛的E. cylindrova广义群体属于不同的支系(Reed等人,2015)。这些物种群是根据其卵的普遍相似性被识别的,其特征是圆柱形且粗壮的卵,边缘和脊沿卵长方向倾斜延伸(Rabet,2010)。在E. taoluoensis Hu,1986a、E. belki Martin,1989、E. colombiensis Roessler,1990、E. texanaE. ovisimilis Martin & Belk,1988以及E. geayi Daday,1913;Belk,1989;Martin,1989;Martin & Belk,1989;Shen & Huang,2008;Rabet,2010)中也观察到了圆柱形卵。这些物种主要在休眠卵的表面形态上存在差异,包括卵的长度、边缘和脊的形态、沟槽深度和数量(Brendonck等人,1990)。然而,基于分子的系统发育分析挑战了形态分类学,表明包括E. cylindrovaE. diversa在内的几个基于形态学识别的物种可能并非单系(Reed等人,2015)。这些发现表明,仅依靠形态特征(包括卵的特征)不足以进行Eulimnadia内的物种界定。因此,有必要进一步研究E. cylindrova种群间的变异。
在中国已报道了六种Eulimnadia物种:E. aethiopica Daday,1913、E. braueriana Ishikawa,1895、E. curvirostris Roen,1952、E. taoluoensisE. kobai Uéno,1940,以及一个未描述的物种(Shen & Huang,2008;Rabet,2010)。具体来说,E. taoluoensis最初在中国山东省被描述和描述(Hu,1986a,b)。然而,由于缺乏全面的形态学和分子数据,E. taoluoensis作为一个独立物种的有效性一直存在争议。Naganawa & Orgiljanova(2000)认为E. taoluoensis是E. braueriana的次级同物异名,但没有进一步说明。Shen & Huang(2008)使用SEM分析了现存糠虾物种的卵形态,并提供了E. taoluoensis卵的首批图像,显示了两侧平行的圆柱形卵,边缘略微膨胀。因此,Rabet(2010)支持将E. taoluoensis分类为与E. braueriana不同的物种。相比之下,Rogers等人(2016)提出,Shen & Huang(2008)描述的E. taoluoensis卵中缺乏膨胀的边缘可能是由于卵壳成熟或空气干燥后的酒精处理造成的,这表明E. taoluoensis可能是E. indocylindrova Durga Prasad & Simhachalam,2004的次级同物异名。最近,Rogers(2020)重新审视了这一争议,并遵循了Naganawa & Orgiljanova(2000)的早期建议,将E. taoluoensis视为E. braueriana的次级同物异名。我们对先前被鉴定为E. taoluoensis的样本进行了重新评估,确认了其作为物种的有效性。值得注意的是,这些样本与加拉帕戈斯群岛的E. cylindrova样本非常相似(Brendonck等人,1990)。为了最终确定E. taoluoensis的有效性并揭示E. cylindrova广义群体内的系统发育关系,我们整合了软体解剖结构、卵形态和分子数据的分析。生成了四个基因数据集——核28S rRNA、线粒体12S rRNAcox1cytb——以阐明E. cylindrova广义群体内的系统发育关系。此外,我们通过cox1cytb进行了遗传距离和物种界定分析,以更深入地了解目前被归类为E. cylindrova的种群之间的分类差异。
我们的研究强调了在多层次分类框架内同时使用形态学和分子方法的重要性,以解决各种证据可能冲突的复杂物种界定问题。此外,它还强调了在细尺度上进行详细生物多样性评估的重要性。

样本收集与鉴定

E. taoluoensis样本于2015年5月至9月在中国江苏省宿迁市的古黄河湿地(E118°8′,N34°1′)收集。凭证样本(编号ETSQJS01–25)保存在96%乙醇中,并存放在中国科学院南京地质古生物研究所。样本在甘油中解剖后,使用Zeiss Stereo Discovery V20光学显微镜进行了观察。在SEM成像之前,样本经过了临界点干燥处理

遗传差异分析

Eulimnadia的28S rRNA D1–D2区域(1015 bp)的序列比对显示,来自加拉帕戈斯群岛(W269)的E. cylindrovaE. taoluoensis之间有100%的相似性(表S2)。同样,来自墨西哥(NS11、NS16和NS17)、加拉帕戈斯群岛(NS64和NS65)以及日本的E. cylindrova样本与来自委内瑞拉(NS103和NS104)的样本具有100%的序列一致性,与E. taoluoensis的样本有99.7%的一致性。种内和种间遗传

解决Eulimnadia cylindrova广义群体系统发育的潜在系统发育信号

大多数分析确认了E. taoluoensis+E. cylindrova广义群体的单系性,E. taoluoensis很好地嵌套在来自墨西哥(NS11、NS16和NS17)的E. cylindrova支系中。然而,在使用cytb数据集的BI分析中,E. cylindrova广义群体被分为三个不同的支系,其中来自委内瑞拉(NS103和NS104)的E. cylindrova作为其余Eulimnadia物种的姐妹群,尽管支持度较低。这一结果表明E. cylindrova广义群体

结论

基于当前的整合方法,我们坚定支持E. taoluoensis的物种有效性。当前的分子系统发育分析和系统发育信号解析结果强烈证实E. cylindrova广义群体是非单系的。这些分析进一步揭示了E. cylindrova广义群体内至少存在四个不同的支系。结合使用形态学(基于SEM的卵/软体解剖结构)和分子数据解决了长期存在的分类争议

CRediT作者贡献声明

孙晓燕:撰写——原始草稿、方法论、调查、正式分析、概念化。程金辉:撰写——审阅与编辑、调查、资金获取、正式分析、概念化

未引用参考文献

Adamowicz和Purvis,2005;Kishino和Hasegawa,1989;Linnaeus,1761;Olesen和Grygier,2003;Pedraza-Marrón等人,2019;Pereira和García,2001。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

伦理声明

不适用。

数据可用性声明

所有基因序列数据均可从GenBank获取(http://www.ncbi.nlm.nih.gov,访问日期为2025年1月5日)。

资助

本研究得到了国家自然科学基金42222201, 42288201)和中国地质调查局(DD20221829)的资助。

利益冲突声明

☒作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢南京地质古生物研究所(NIGP)的Shen YB和Sha JG提供的鼓励和宝贵帮助。特别感谢同样来自NIGP的Mao YQ和Chen ZQ在扫描电子显微镜和光学显微镜摄影方面的技术支持。我们非常感谢Martin Schwentner博士和另一位匿名审稿人的深刻评论和建设性建议,这些都对研究大有帮助

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有