Molekulární fylogeneze neotenních skupin v čeledi Lycidae (Insecta: Coleoptera)

Mgr. Václav PALATA

Master's thesis

Molecular phylogeny of lycid neotenic lineages (Insecta: Coleoptera)

Abstract:

Neotenie je důležitý mechanismus produkující evoluční novinky. V případě studované skupiny, neotenické modifikace vyvolávají drastické změny fenotypu v blízce příbuzných skupinách. Mnohonásobný původ neotenie u čeledi Lycidae (Insecta: Coleptera) je nedávno publikovaná hypotéza dosud podpořená omezeným datovým souborem. Ověřoval jsem postavení podčeledi Lyropaeinae a studoval jsem vzájemné postavení skupin Dexorini, Lyropaeini, Leptolycini a Ateliini na základě nového, několikanásobně většího datového souboru. Mimo to, jsem určil původ velkých trilobitních larev uvnitř této linie. Nově vyprodukovaná data byla zkombinována s dříve publikovanými datovými soubory. Fylogenetickým analýzám předcházelo vytvoření čtyř datových supermatic metodami alignmentu ClustalX, BlastAlign, Muscle a Tcoffee. Každý gen byl alignován zvlášť a poté byly geny spojeny a analyzovány přístupem total evidence. Fylogenetická hypotéza byla založena na parciálních sekvencích tří mitochondriálních genů cox1, nad5 a 16S rDNA a dvou jaderných genů 18S rDNA a 28S rDNA. Data byla analyzována třemi fylogenetickými metodami ? maximální parsimonie v programu TNT, maximum likelihood v programu RAXML a Bayesiánská analýza v programu MrBayes. Výsledky podporují nedávno publikovanou re-definici Lyropaeinae, mnohonásobný původ neotenie a původ velkých samic v koncových liniích Lyropaeinae. Dále se ukázalo, že neotenní skupiny Dexorini, Lyropaeini a Leptolycini mohou sdílet společného předka, což vypovídá o značném evolučním stáří. Výsledky fylogenetických analýz podporují vznik neotenních linií před rozpadem Gondwany. Všechny neotenní taxony se vyskytují v dlouhodobě stabilních ekosystémech a tento fakt podporuje předpokládanou neschopnost těchto linií reagovat na prudké klimatické změny. Několik morfologických znaků považovaných za unikátní synapomorfie se vyvinulo paralelně v nezávislých liniích v důsledku neotenních modifikací.

Abstract:

Neoteny is an important mechanism producing evolutionary novelties. The neotenics despite close phylogenetic relationships may differ substantially in morphology. The recent hypothesis proposes multiple origins of neoteny in the beetle family Lycidae. I tested the relationships of Dexorini, Lyropaeini, Leptolycini and Ateliini and the origin of large-bodied trilobite larvae within Lyropaeinae. The phylogenetic hypotheses were inferred from three fragments of cox1, nad5 and 16S rDNA mtDNA and two nuclear genes 18S rDNA and 28S rDNA. The newly produced sequences were combined with previously published dataset. Phylogenetic analyses were preceded by the assembling of four supermatrices created by four alignment algorithms: ClustalX, BlastAlign, Muscle and Tcoffee. Each gene was aligned separately and then the partial matrices were combined and were analysed by total evidence approach. The phylogenetic hypotheses were inferred under several optimisation criteria ? maximum parsimony applied in TNT, maximum likelihood in RAXML and Bayesian analysis in MrBayes. The results support the recently published re-definition of Lyropaeinae, the multiple origin of neoteny and the origin of large-bodied females in the terminal lineages of Lyropaeinae. Furthermore, preferred hypothesis suggests that neotenic lineages Dexorini, Lyropaeini and Leptolycini may share a common ancestor, which indicates an ancient evolutionary origin of neoteny. The data support the origin of neotenics before the split of the Gondwanan continents. All taxa were collected in areas with long term presence of tropical rain forests and this fact supports the presumed inability of these lineages to respond to the rapid climatic changes and shift their ranges to favourite regions in case of deep disturbances. Several morphological traits previously considered to be unique synapomorphies evolved independently in distantly related lineages as a result of neotenic modifications.

Keywords

fylogeneze, neotenie, mtDNA, rDNA, Coleoptera, Lycidae

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 5. 2011

Accessible from:: 12. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 7. 6. 2011
• Supervisor: Prof. Ing. Ladislav Bocák, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Biology / Molecular and Cell Biology