基于mtDNA COⅠ、COⅡ和rDNA ITS2多基因条形码的西花蓟马鉴定及遗传结构研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 5次 | 上传用户:yukon_hawk
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西花蓟马Frankliniella occidentali隶属于缨翅目Thysanoptera,蓟马科Thripidae,是一种世界性农业害虫和检疫对象,给我国蔬菜、花卉和果树产业造成了极大威胁。种群的遗传多样性和遗传结构可以反映物种基因组成的总体遗传特征及群体在时间和空间上的分布格局,通过开展种群遗传学研究,揭示出物种或种群的起源和分化历史,可为分析其进化潜力、环境适应性以及制定精准的综合防控措施等提供理论依据。本研究以入侵害虫西花蓟马的温室品系和羽扇豆品系为对象,以线粒体基因mtDNA COI、COⅡ和核基因rDNA ITS2为靶标,采用DNA条形码技术,研究构建西花蓟马多基因条形码鉴定技术体系;据此,从种群遗传学角度出发,研究了地理差异、寄主植物、农田耕作地和非耕作地等环境条件下西花蓟马的种群遗传多样性与遗传结构特点,主要研究结果如下:(1)西花蓟马多基因条形码鉴定技术研究:本研究选择mtDNA COⅠ、COⅡ与rDNA ITS2基因为分子标记,以中国范围内10个不同地区采集的西花蓟马及其近缘种花蓟马为对象,评价3种基因在鉴定西花蓟马温室品系和羽扇豆品系中的有效性。结果显示,3种基因均能准确分离西花蓟马和花蓟马。而对于西花蓟马温室品系和羽扇豆品系,当以mtDNA COⅠ、COⅡ为靶标时,两品系间的平均遗传距离分别为0.035和0.036,品系间遗传距离分别是品系内的12.9和11.3倍,且品系间与品系内无重叠,系统发育树上均单独聚为一支,表明两种基因完全可作为两品系鉴定的依据;当以rDNA ITS2为靶标时,西花蓟马的两种品系只是碱基序列变异位点较少的两类单倍型,两品系间的平均遗传距离为0.006,品系间遗传距离仅是品系内遗传距离的1.5倍,尽管品系间与品系内的遗传距离并无重叠,但系统发育树上却无法单独聚为一支,因此可能导致鉴定结果不准确。研究结果为西花蓟马不同品系的准确分离鉴定和开展生物学试验提供技术支撑。(2)西花蓟马不同地理种群遗传结构和遗传多样性研究。利用mtDNA COⅠ、COⅡ和rDNA ITS2对我国21个地理种群的西花蓟马种群遗传多样性进行分析,结果显示,总体上西花蓟马各地理种群的遗传多样性相对偏低,入侵过程可能正处于“瓶颈效应”过后积累遗传变异和产生适应性进化的时滞阶段。中性检验和核苷酸错配分析都表明西花蓟马种群在过去较近的历史时期内没有出现明显的扩张事件,种群大小整体保持稳定。3种基因估测的种群遗传分化指数存在差异,mtDNA COⅠ、COⅡ基因显示西花蓟马各种群间存在较低水平的遗传分化,而核基因ITS2则显示各种群基因交流充分,不存在遗传分化,其原因可能与线粒体基因与核基因的进化速率不一致有关。根据采样点的地理环境和气候特点将所有种群划分为西南地区、西北地区、东北地区及北方地区等四个组进行AMOVA分析,3种基因的结果都显示西花蓟马群体的遗传变异主要来自于种群内部的个体之间,区域间的变异以及区域内种群间的变异在总变异组分中的权重较小;区域间种群的遗传差异不显著,表明我国西花蓟马种群的遗传分化并未明显受地理隔离的影响。单倍型分布频率及系统进化关系分析也表明,种群的遗传结构未形成明显的地理分布格局。(3)西北地区西花蓟马五种常见寄主植物种群线粒体基因遗传多样性。以mtDNA COⅠ、COⅡ基因为分子标记,对采自我国西北地区9个采样点的辣椒、茄子、蜀葵、月季和美人蕉等5种常见寄主植物上的西花蓟马种群进行遗传多样性及遗传结构研究,结果显示,采自辣椒和茄子上的西花蓟马种群遗传多样性相对较低,而采自蜀葵、月季和美人蕉的种群遗传多样性则相对较高。种群固定指数Fst和基因流Nm值显示各寄主植物种群间基因交流充分,尚未发生明显的遗传分化;AMOVA分析显示,遗传变异主要来自种群内部,单倍型分布频率及系统进化关系发现西花蓟马的温室品系在所有寄主上均有发生,而羽扇豆品系则主要发生在多年生寄主植物上,且基于两种基因的分析结果完全一致。(4)农田生态系统中耕作地与非耕作地西花蓟马寄主植物种群的遗传多样性。以mtDNA COⅠ基因为分子标记,对采自张掖地区耕作地和非耕作地两种土地类型的辣椒、茄子、西葫芦、番茄、龙葵、曼陀罗、枸杞、牵牛花、田旋花、蜀葵等10种寄主植物上的西花蓟马种群进行遗传多样性及遗传结构研究,结果显示,采自耕作地的辣椒、茄子、西葫芦、番茄等栽培植物上的西花蓟马种群单倍型数量、单倍型多样性以及核苷酸多样性等遗传多样性指标均较低,而采自非耕作地的龙葵、曼陀罗、枸杞、牵牛花、田旋花、蜀葵等野长植物上的种群遗传多样性则相对较高。种群固定指数Fst和基因流Nm值显示总体上西花蓟马各寄主植物种群间基因交流充分,无明显遗传分化。AMOVA分析显示,耕作地与非耕作地区域间以及区域内种群间的变异在总变异组分中占比较小,遗传变异主要来自于种群内部;固定系数FCT为0.05439(P<0.05),FST为0.07809(P<0.05),表明耕作地与非耕作地种群间以及种群内存在一定水平的遗传分化。单倍型分布频率及系统进化关系表明耕作地寄主植物上仅有西花蓟马的温室品系发生,而非耕作地寄主植物上温室品系和羽扇豆品系均有发生。
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