Assembling the phylogenetic tree of northern European macroheteroceran moths

Abstract

Pole kaugeltki veel lõpuni teada, millised putukaliigid on üksteisele kaugemad, millised lähemad sugulased. DNA järjestustel põhinevate evolutsioonipuude koostamine aitab sellesse küsimusse selgust tuua. Käesolevas uurimistöös koostati ööliblikate sugukondade sirptiiblased (Drepanidae), vaksiklased (Geometridae) ja öölased (Noctuidae) evolutsioonipuud, keskendudes Põhja-Euroopa liikidele. Selleks kasutati Sangeri ja järgmise põlvkonna sekveneerimise teel hangitud andmete kombinatsiooni, mis integreeriti avalikult kättesaadavate genoomiandmetega. Sirptiiblaste puhul kinnitas 37 liigi analüüs, et kõik neli alamsugukonda moodustavad tõesti evolutsioonipuu eraldiseisvad harud. Lisaks näitas analüüs, et sugukonnale iseloomulikud pikenenud tiivatipud on evolutsiooni käigus korduvalt kadunud ning et nii “talveliblikad” kui roosa/oranžikirju tiivakirjaga perekonnad kuuluvad fülogeneetiliselt selgelt eristnud rühmadesse. Vaksiklaste põhjalik fülogeneetiline analüüs, mis tugines 117 liigi enam kui 600 DNA lookusel ning mida täiendati 376 Põhja-Euroopa liigi puhul Sangeri meetodiga sekveneerimise teel saadud andmetega, andis tulemuseks statistiliselt usaldusväärse sugupuu, mis viis mitme muudatuseni süstemaatikas. Sellisteks muudatusteks on muuhulgas uute triibuste Lampropterygini ja Pelurgini kirjeldamine, perekondade Ochyria, Epelis ja Speranza “taaselustamine” ning mitme triibuse piiride täpsustamine nende monofüleetilisuse säilitamiseks. Öölaste puhul andis 333 liigi fülogeneoomiline analüüs statistiliselt hästi toetatud sugupuu, mis kinnitas peamisi sugulussuhteid ja viis mitme taksonoomilise muudatuseni. Need muudatused hõlmasid sünonüümiseerimisi, paaril juhul taksonoomilise taseme ümberhindamist ning mitme perekonna “taaselustamist”. Ajas kalibreeritud analüüs näitas, et triibus juureöölased (Apameini) eristus ligikaudu 8,7 miljonit aastat tagasi – palju hiljem kui seni arvati – ning et röövikute toitumine oma toidutaime sees võis hilises miotseenis toimunud rohumaade laienemise ajal soodustada selle rühma mitmekesistumist.

It is still not fully known which insect species are more closely or more distantly related to each other. Constructing evolutionary trees based on DNA sequences helps to clarify this question. In the present study, evolutionary trees were constructed for the moth families Drepanidae, Geometridae, and Noctuidae, with emphasis on northern European species. The present study used a combination of Sanger and next-generation sequencing data which were integrated with publicly available genomic resources. For Drepanidae, analyses of 37 species confirmed that the four subfamilies really form separate branches of the phylogenetic tree. Moreover, repeated losses of characteristic hooked wingtips were revealed, as well as distinct groups comprising only “winter moths” and pink/orange-marked genera. A comprehensive phylogenetic analysis of north European Geometridae, built from over 600 loci for 117 species and expanded with Sanger sequencing data for 376 species, produced a well-supported tree leading to several taxonomic revisions. These included describing new tribes (Lampropterygini, Pelurgini), reviving genera (Ochyria, Epelis, Speranza), and redefining several tribes. In Noctuidae, phylogenomic analyses of 333 species yielded a robust tree confirming key relationships and prompting several taxonomic updates, such as synonymizations, updates in taxon ranks, and reinstatements of several genera and tribes. Time-calibrated analyses of Noctuidae indicated that the tribe Apameini diversified around 8.7 million years ago – much later than previously thought – and that the switch of larvae to feed within their host plants may have promoted its diversification during the simultaneous late Miocene grassland expansion.