Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một loài kiến mới suy đoán từ nhóm Cataglyphis cursor thể hiện mức polyandry thấp với sinh sản tình dục tiêu chuẩn
Tóm tắt
Cách tổ chức xã hội (số lượng kiến chúa và bạn tình) và hệ thống sinh sản (sử dụng thelytoky so với sinh sản tình dục) đã phát triển như thế nào ở loài kiến và mối tương tác giữa chúng vẫn còn chưa rõ ràng. Các loài kiến Cataglyphis sống ở sa mạc đại diện cho một nhóm thú vị vì chúng mang sự thay đổi cả về mức độ đa giao phối và việc sử dụng thelytoky, với khả năng đa giao phối và sinh sản tình dục có thể là trạng thái tổ tiên. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã so sánh cấu trúc di truyền của thuộc địa và quần thể của hai quần thể thuộc nhóm Cataglyphis cursor phân bố trong một khu vực địa lý nhỏ, hẻo lánh ở trung tâm Tây Ban Nha với hai loài địa lý gần nhất C. piliscapa và C. cursor. Chúng tôi phát hiện rằng hai quần thể này có sự cách ly di truyền đối với C. piliscapa và C. cursor. Tuy nhiên, sự đa dạng di truyền quần thể lại giống như C. piliscapa và C. cursor. Chúng tôi quan sát thấy mức độ đa giao phối thấp hơn ở C. cursor từ Tây Ban Nha so với C. piliscapa và C. cursor. Chúng tôi không tìm thấy bằng chứng rằng kiến chúa C. cursor từ Tây Ban Nha sinh sản theo kiểu thelytoky. Điều này ủng hộ giả thuyết rằng thelytoky bị không ưa chuộng trong các hệ thống có mức độ đa giao phối thấp hơn. Việc quay trở lại từ đa giao phối sang đơn giao phối hiếm khi được quan sát thấy ở loài kiến. Chúng tôi đưa ra nhiều giả thuyết có thể giải thích hiện tượng này. Chúng tôi đưa ra khả năng rằng các quần thể hẻo lánh này thuộc về một loài mới suy đoán. Tuy nhiên, điều này cần một cuộc điều tra thuế học cẩn thận. Nghiên cứu của chúng tôi xác nhận sự không ổn định của hệ thống sinh sản trong nhóm này và cung cấp một hệ thống thú vị để điều tra sự đồng tiến hóa của đa giao phối và thelytoky.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Adamack AT, Gruber B (2014) PopGenReport: simplifying basic population genetic analyses in R. Methods Ecol Evol 5(4):384–387. https://doi.org/10.1111/2041-210X.12158
Agosti D, Collingwood CA (1987) A provisional list of the Balkan ants (Hym. Formicidae) with a key to the worker caste. II. Key to the worker caste, including the European species without the Iberian. Mitteilungen der Schweizerischen Entomologischen Gesellschaft 60:261–293. https://doi.org/10.5281/zenodo.27084
Amor F, Ortega P (2014) Cataglyphis tartessica sp.n., a new ant species (Hymenoptera: Formicidae) in south- western Spain. Myrmecological News 19:125–132
Aron S, Mardulyn P, Leniaud L (2016) Evolution of reproductive traits in Cataglyphis desert ants: mating frequency, queen number, and thelytoky. Behav Ecol Sociobiol 70:1367–1379. https://doi.org/10.1007/s00265-016-2144-9
Boomsma JJ, Ratnieks FLW (1996) Paternity in eusocial Hymenoptera. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 351:947–975. https://doi.org/10.1098/rstb.1996.0087
Boulay R, Aron S, Cerdá X et al (2017) Social life in arid environments: the case study of Cataglyphis ants. Annu Rev Entomol 62:305–321. https://doi.org/10.1146/annurev-ento-031616-034941
Bourke AFG (2011) Principles of social evolution. Oxford University Press, Oxford
Clémencet J, Viginier B, Doums C (2005) Hierarchical analysis of population genetic structure in the monogynous ant Cataglyphis cursor using microsatellite and mitochondrial DNA markers: population genetic structure of the ant C. Cursor Molecular Ecol 14:3735–3744. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2005.02706.x
Cronin AL, Molet M, Doums C et al (2013) Recurrent evolution of dependent colony foundation across eusocial insects. Annu Rev Entomol 58:37–55. https://doi.org/10.1146/annurev-ento-120811-153643
Cronin AL, Chifflet-Belle P, Fédérici P, Doums C (2016) High inter-colonial variation in worker nestmate relatedness and diverse social structure in a desert ant from Mongolia. Insect Soc 63:87–98. https://doi.org/10.1007/s00040-015-0439-x
Crozier RH, Fjerdingstad EJ (2001) Polyandry in social Hymenoptera—disunity in diversity? Annales Zoologici Fennici 38:267-285
Crozier RH, Pamilo P, Crozier RH, Pamilo P (1996) Evolution of social insect colonies: sex allocation and kin selection. Oxford University Press, Oxford
Darras H, Leniaud L, Aron S (2014) Large-scale distribution of hybridogenetic lineages in a Spanish desert ant. Proc R Soc B 281:20132396. https://doi.org/10.1098/rspb.2013.2396
Doums C, Monnin T (2020) To have and not to have sex: when multiple evolutions of conditional use of sex elegantly solve the question in the ant genus Cataglyphis. Mol Ecol 29:445–447. https://doi.org/10.1111/mec.15352
Doums C, Cronin AL, Ruel C et al (2013) Facultative use of thelytokous parthenogenesis for queen production in the polyandrous ant Cataglyphis cursor. J Evol Biol 26:1431–1444. https://doi.org/10.1111/jeb.12142
Doums C, Fédérici P, Chifflet-Belle P, Monnin T (2018) Worker thelytoky allows requeening of orphaned colonies but increases susceptibility to reproductive cheating in an ant. Anim Behav 135:109–119. https://doi.org/10.1016/j.anbehav.2017.11.013
El Mousadik A, Petit RJ (1996) High level of genetic differentiation for allelic richness among populations of the argan tree [Argania spinosa (L.) Skeels] endemic to Morocco. Theoret Appl Genetics 92:832–839. https://doi.org/10.1007/BF00221895
Eyer PA, Leniaud L, Darras H, Aron S (2013) Hybridogenesis through thelytokous parthenogenesis in two Cataglyphis desert ants. Mol Ecol 22:947–955. https://doi.org/10.1111/mec.12141
Eyer PA, Finand B, Mona S et al (2022) Integrative characterization of genetic and phenotypic differentiation in an ant species complex with strong hierarchical population structure and low dispersal abilities. Heredity. https://doi.org/10.1038/s41437-022-00590-6
Goudie F, Oldroyd BP (2018) The distribution of thelytoky, arrhenotoky and androgenesis among castes in the eusocial Hymenoptera. Insect Soc 65:5–16. https://doi.org/10.1007/s00040-017-0597-0
Greeff JM (1997) Effects of thelytokous worker reproduction on kin-selection and conflict in the Cape honeybee, Apis mellifera capensis. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 351:617–625. https://doi.org/10.1098/rstb.1996.0060
Hall T (1999) BIOEDIT: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT. https://www.semanticscholar.org/paper/BIOEDIT%3A-A-USER-FRIENDLY-BIOLOGICAL-SEQUENCE-EDITOR-Hall/0ae262d9cf78536754bc064e07113ab5e978f208. Accessed 11 May 2023
Hardy OJ, Pearcy M, Aron S (2008) Small-scale spatial genetic structure in an ant species with sex-biased dispersal. Biol J Lin Soc 93:465–473. https://doi.org/10.1111/j.1095-8312.2007.00898.x
Hedrick PW (2005) A standardized genetic differentiation measure. Evolution 59:1633–1638. https://doi.org/10.1111/j.0014-3820.2005.tb01814.x
Hughes WOH, Oldroyd BP, Beekman M, Ratnieks FLW (2008) Ancestral monogamy shows kin selection is key to the evolution of eusociality. Science 320:1213–1216. https://doi.org/10.1126/science.1156108
Jones OR, Wang J (2010) COLONY: a program for parentage and sibship inference from multilocus genotype data. Mol Ecol Resour 10:551–555. https://doi.org/10.1111/j.1755-0998.2009.02787.x
Karl SA (2008) The effect of multiple paternity on the genetically effective size of a population. Mol Ecol 17:3973–3977. https://doi.org/10.1111/j.1365-294X.2008.03902.x
Kather R, Martin SJ (2012) Cuticular hydrocarbon profiles as a taxonomic tool: advantages, limitations and technical aspects. Physiol Entomol 37:25–32. https://doi.org/10.1111/j.1365-3032.2011.00826.x
Keller L, Reeve HK (1994) Genetic variability, queen number, and polyandry in social Hymenoptera. Evolution 48:694–704. https://doi.org/10.1111/j.1558-5646.1994.tb01354.x
Kronauer DJC, Boomsma JJ (2007) Multiple queens means fewer mates. Curr Biol 17:R753–R755. https://doi.org/10.1016/j.cub.2007.06.057
Kuhn A, Darras H, Paknia O, Aron S (2020) Repeated evolution of queen parthenogenesis and social hybridogenesis in Cataglyphis desert ants. Mol Ecol 29:549–564. https://doi.org/10.1111/mec.15283
Lanfear R, Calcott B, Ho SY, Guindon S (2012) PartitionFinder: combined selection of partitioning schemes and substitution models for phylogenetic analyses. Molecular Biol Evol 29:1695–1701. https://doi.org/10.1093/molbev/mss020
Leniaud L, Darras H, Boulay R, Aron S (2012) Social hybridogenesis in the clonal ant Cataglyphis hispanica. Curr Biol 22:1188–1193. https://doi.org/10.1016/j.cub.2012.04.060
Lenoir A, Aron S, Cerdá X, Hefetz A (2009) Cataglyphis desert ants: a good model for evolutionary biology in Darwin’s anniversary year—a review. Israel J Entomol 39:1–32
Nielsen R, Tarpy DR, Reeve HK (2003) Estimating effective paternity number in social insects and the effective number of alleles in a population. Mol Ecol 12:3157–3164. https://doi.org/10.1046/j.1365-294X.2003.01994.x
Nowbahari E, Lenoir A, Clément JL et al (1990) Individual, geographical and experimental variation of cuticular hydrocarbons of the ant Cataglyphis cursor (Hymenoptera: Formicidae): their use in nest and subspecies recognition. Biochem Syst Ecol 18:63–73. https://doi.org/10.1016/0305-1978(90)90036-F
Pearcy M, Aron S, Doums C, Keller L (2004) Conditional use of sex and parthenogenesis for worker and queen production in ants. Science 306:1780–1783. https://doi.org/10.1126/science.1105453
Peeters C, Aron S (2017) Evolutionary reduction of female dispersal in Cataglyphis desert ants. Biol J Lin Soc 122:58–70. https://doi.org/10.1093/biolinnean/blx052
Peeters C, Ito F (2001) Colony dispersal and the evolution of Quenn morphology in social hymenoptera. Annu Rev Entomol 46:601–630. https://doi.org/10.1146/annurev.ento.46.1.601
Petrie M, Doums C, Møller AP (1998) The degree of extra-pair paternity increases with genetic variability. Proc Natl Acad Sci USA 95:9390–9395. https://doi.org/10.1073/pnas.95.16.9390
Queller DC, Goodnight KF (1989) Estimating relatedness using genetic markers. Evolution 43:258. https://doi.org/10.2307/2409206
R Core Team (2019) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing
Rabeling C, Kronauer DJC (2013) Thelytokous parthenogenesis in eusocial hymenoptera. Annu Rev Entomol 58:273–292. https://doi.org/10.1146/annurev-ento-120811-153710
Rambaut A (2010) FigTree v1.3.1. Institute of evolutionary biology. University of Edinburgh, Edinburgh
Ripley B, Venables B, Bates DM, et al (2023) MASS: support functions and datasets for Venables and Ripley’s MASS. https://cran.r-project.org/web/packages/MASS/index.html
Ronquist F, Teslenko M, van der Mark P et al (2012) MrBayes 3.2: efficient bayesian phylogenetic inference and model choice across a large model space. Syst Biol 61:539–542. https://doi.org/10.1093/sysbio/sys029
Rousset F (2008) genepop’007: a complete re-implementation of the genepop software for Windows and Linux. Mol Ecol Resour 8:103–106. https://doi.org/10.1111/j.1471-8286.2007.01931.x
Seppä P, Helanterä H, Trontti K, et al (2011) The many ways to delimit species: hairs, genes and surface chemistry. Myrmecological News 15:31–41
Strassmann J (2001) The rarity of multiple mating by females in the social Hymenoptera. Insectes soc 48:1–13. https://doi.org/10.1007/PL00001737
Sumner S, Hughes WOH, Pedersen JS, Boomsma JJ (2004) Ant parasite queens revert to mating singly. Nature 428:35–36. https://doi.org/10.1038/428035a
Svendsen N, Reisser CMO, Dukić M et al (2015) Uncovering cryptic asexuality in Daphnia magna by RAD sequencing. Genetics 201:1143–1155. https://doi.org/10.1534/genetics.115.179879
Tamura K, Stecher G, Peterson D et al (2013) MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Mol Biol Evol 30:2725–2729. https://doi.org/10.1093/molbev/mst197
Taylor ML, Price TAR, Wedell N (2014) Polyandry in nature: a global analysis. Trends Ecol Evol 29:376–383. https://doi.org/10.1016/j.tree.2014.04.005
Villalta I, Amor F, Galarza JA et al (2018) Origin and distribution of desert ants across the Gibraltar Straits. Mol Phylogenet Evol 118:122–134. https://doi.org/10.1016/j.ympev.2017.09.026
Wenseleers T, Van Oystaeyen A (2011) Unusual modes of reproduction in social insects: shedding light on the evolutionary paradox of sex. BioEssays 33:927–937. https://doi.org/10.1002/bies.201100096
Wickham H (2016). ggplot2: Elegant Graphics for Data Analysis. Springer-Verlag New York. ISBN 978-3-319-24277-4, https://ggplot2.tidyverse.org