DNA barcoding of Caddisflies (Trichoptera) in Thailand

Abstract

Trichoptera, or caddisflies, are one of the most diverse order of freshwater insects. The immature stages occupy aquatic ecology. Many species are specific to particular environmental conditions and high sensitivity to the physical and chemical change. Therefore, species of the order Trichoptera are used as bioindicators. However, application of Trichoptera as bioindicator has important obstacle because difficulty for identification of the immature stages as many are unable to identify into species level. Recently, DNA barcoding has been applying for species identification of Trichoptera. This molecular identification approach can be used to associate unknown immature and female to the known adult male. However, in Thailand, information on DNA barcoding of Trichoptera is limited. In this study Trichopteran specimens were collected from 6 sampling sites from 5 provinces in northeastern Thailand. A total of 1487 specimens from 4 families, 8 genera and 13 species were collected, namely, Dipseudopsis nr. robustior andamanensis, Cheumatopsyche lucida Ulmer, 1907, Cheumatopsyche schwendingeri M&C, 1997, Macrostemum dione M&C, 1998, Aethaloptera sexpunctata Kolenati, 1859, Ecnomus argonautos Laudee & Malicky, 1999, Ecnomus mammus M&C, 1993, Ecnomus obtusus Ulmer, 1910, Leptocerus posticus Banks, 1911, Oecetis bengalica Martynov, 1836, Oecetis biramosa Martynov, 1936, Oecetis sp. and Triplectides buengkanensis sp. nov. The most diverse sampling site is Bueng Khong Long, Buengkan province where 1186 specimens (11 species) were collected. The second most abundance sampling site is Nong Chiang Cha, Chiyaphum province with 246 specimens (2 species) were collected.

DNA barcode analysis based on mitochondrial cytochrome c oxidase I (COI) revealed that the intraspecific genetic divergent varied between 0% and 14.41%. The greatest intraspecific genetic divergent was found in C. lucida and lowest (0%) was found in E. obtusus. Phylogenetic analysis by including sequences of conspecific species retrieved from GenBank and BOLD databased using neighbor-joining method revealed that all 13 species are separated into monophyletic clades but also include cryptic divergent lineages. Specimens of D. nr. andamanensis which possessed high intraspecific genetic divergent were divided into two divergent lineages. Specimens of C. lucida divided into four genetically divergent lineages. Specimens of T. nr. indicus Walker, 1852 collected in the present study were genetically different from those of T. indicus Walker, 1852 reported from Indonesia and Mae Hong Son province, northern Thailand. This genetic differentiation was agreed with morphological variations leading to the description of novel species, Triplectides buengkanensis sp.

อันดับแมลงหนอนปลอกน้ำ (Trichoptera) เป็นหนึ่งในอันดับที่มีความหลากหลายมากที่สุด ระยะตัวอ่อน อาศัยในระบบนิเวศแหล่งน้ำ หลายสปีชีส์มีความจำเพาะต่อแหล่งที่อยู่อาศัย และมีความอ่อนไหวต่อการเปลี่ยนแปลงของปัจจัยทางกายภาพและเคมี จึงนำมาประยุกต์ใช้เป็นดัชนีชี้วัดคุณภาพแหล่งน้ำ อย่างไรก็ตามการประยุกต์ใช้ดังกล่าวมีอุปสรรคสำคัญ เนื่องจากต้องการข้อมูลในระดับสปีชีส์ซึ่งมีข้อจำกัดในการจัดจำแนกในระยะตัวอ่อน ซึ่งส่วนใหญ่ไม่สามารถระบุสปีชีส์ได้ ในปัจจุบันมีการศึกษาดีเอ็นเอบาร์โค้ดของแมลงหนอนปลอกน้ำเพื่อระบุสปีชีส์อย่างแพร่หลาย ซึ่งสามารถนำมาใช้เชื่อมโยงระยะตัวเต็มวัยที่ระบุสปีชีส์ได้ด้วยสัญฐานวิทยากับระยะตัวอ่อน รวมถึงระยะตัวเต็มวัยเพศเมีย ซึ่งหลายสปีชีส์ไม่สามารถจำแนกด้วยสัณฐานวิทยาได้ อย่างไรก็ตามในประเทศไทยยังมีการศึกษาดีเอ็นเอบาร์โค้ดของแมลงหนอนปลอกน้ำน้อยมาก การศึกษาครั้งนี้ เก็บตัวอย่างแมลงหนอนปลอกน้ำ ทั้งหมด 6 แห่ง จาก 5 จังหวัดในประเทศไทย จำนวนทั้งสิ้น 1487 ตัวอย่าง จำแนกด้วยสัณฐานวิทยาได้ 4 วงศ์ 8 สกุล 13 สปีชีส์ ได้แก่ Dipseudopsis nr. robustior andamanensis, Cheumatopsyche lucida Ulmer, 1907, Cheumatopsyche schwendingeri M&C, 1997, Macrostemum dione M&C, 1998, Aethaloptera sexpunctata Kolenati, 1859, Ecnomus argonautos Laudee & Malicky, 1999, Ecnomus mammus M&C, 1993, Ecnomus obtusus Ulmer, 1910, Leptocerus posticus Banks, 1911, Oecetis bengalica Martynov, 1836, Oecetis biramosa Martynov, 1936, Oecetis sp. และ Triplectides buengkanensis sp. nov. พื้นที่ที่พบแมลงหนอนปลอกน้ำมากที่สุด ได้แก่ บึงโขงหลง จังหวัดบึงกาฬ จำนวน 1186 ตัวอย่าง 11 สปีชีส์ รองลงมา ได้แก่ หนองเซียงซา จังหวัดชัยภูมิ จำนวน 246 ตัวอย่าง 2 สปีชีส์

การศึกษาดีเอ็นเอบาร์โค้ดด้วยยีน Cytochrome c oxidase I (COI) พบว่า ค่าความแปรผันทางพันธุกรรมภายในสปีชีส์ มีค่าระหว่าง 0 – 14.41% โดยสปีชีส์ที่มีค่าความแปรผันทางพันธุกรรมภายในสปีชีส์สูงสุด ได้แก่ C. lucida และสปีชีส์ที่มีค่าความแปรผันทางพันธุกรรมภายในสปีชีส์ต่ำสุด ได้แก่ E. obtusus (0%) การวิเคราะห์ความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการด้วยวิธี neighbor-joining โดยใช้ตัวอย่างจากการศึกษาครั้งนี้ร่วมกับข้อมูลที่มีรายงานในฐานข้อมูลที่มีรายงานในฐานข้อมูล Genbank และ BOLD พบว่า ทั้ง 13 สปีชีส์ จัดเป็นกลุ่ม monophyletic แต่มีการแยกสายวิวัฒนาการภายในสปีชีส์ D. nr. r. andamanensis ที่มีความแปรผันภายในสปีชีส์สูงและแยกเป็น 2 สายวิวัฒนาการ ตัวอย่างของ C. lucida แยกเป็น 4 สายวิวัฒนาการ โดย C. lucida จากจังหวัดบึงกาฬ จัดอยู่ในกลุ่มเดียวกับตัวอย่างจากจังหวัดแม่ฮ่องสอน ประเทศไทย ตัวอย่างของ T. nr. indicus Walker, 1852 ในการศึกษานี้ จากจังหวัดบึงกาฬ แยกจาก T. indicus Walker, 1852 ที่เป็นตัวอย่างจากประเทศอินโดนีเซียและภาคเหนือของประเทศไทย สอดคล้องกับความแตกต่างทางสัณฐานวิทยานำไปสู่การจัดทำคำอธิบายลักษณะของสปีชีส์ใหม่ที่ค้นพบในการศึกษาครั้งนี้ คือ Triplectides buengkanensis sp. nov.