不同寄主植物上麦长管蚜Sitobion avenae种群分化及其遗传基础研究

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麦长管蚜Sitobion avenae (Fabricius)是一种世界性分布的主要害虫,在我国各个麦区均有分布,是大多数麦区麦蚜的优势种。麦长管蚜寄主植物比较广泛,主要取食麦类作物及禾本科的一些杂草。多年来研究表明,寄主植物与蚜虫种群间的分化密切相关,但有关麦长管蚜的寄主适应性及其种群分化格局、机制目前研究尚不深入。本文采用生态学和分子生物学相结合的方法,研究了不同寄主植物对麦长管蚜种群分化的影响。主要研究结果如下:1.在实验室条件下,麦长管蚜在不同寄主植物上若虫的发育历期、平均相对生长率及成虫繁殖力都存在显著差异。麦长管蚜在小麦上若虫发育历期最短,相对增长速率最快,繁殖力也最大;而在黑麦草上若虫发育历期最长,繁殖力也较低。生命表参数比较结果表明,麦长管蚜在小麦上的内禀增长率、净增殖率和周限增长率最大,其次是大麦和燕麦上,而在黑麦草和鸭茅上的增长率较低。总的来看,麦长管蚜在麦类作物上的适合度高于在杂草上的适合度,在麦类作物中,小麦是麦长管蚜最适宜的寄主。2.通过比较不同寄主植物上麦长管蚜种群在原始寄主(小麦、大麦、燕麦)及转寄主后的生活史和生命表参数,结果表明:不同寄主植物上麦长管蚜种群的若虫发育历期及成虫寿命、存活率和繁殖力都存在很大差异。当原始寄主和测试寄主相同时,与大麦种群相比,小麦和燕麦种群若虫发育历期和成虫寿命较短,存活率、繁殖力、种群内禀增长率、净增殖率和周限增长率均提高。小麦种群转到燕麦上后其成虫寿命和繁殖期缩短。大麦种群转接到小麦和燕麦上后,若虫发育历期明显缩短,净增殖率明显增加。而且各寄主上麦长管蚜种群在转寄主后,其存活率和繁殖力会发生明显改变。从转寄主前后各寄主种群的生活史特征可以看出,不同寄主上麦长管蚜种群呈现一定程度的分化。3.通过对比来自大麦和燕麦上麦长管蚜种群的寄主适合度,表明大麦种群和燕麦种群间存在一定的分化,对多个适合度参数进行主成分分析也说明两个种群之间有一定程度的分化。对两个种群间差异的遗传因素进行分析,发现两个种群间的分化具有一定的遗传基础。利用2种计算专化的方法(Xsp和Ysp)表明麦长管蚜大麦种群比燕麦种群具有更明显的专化性,并且麦长管蚜对寄主植物的适合度随着专化程度的升高而增加。4.利用16S rDNA特异引物PCR,在麦长管蚜不同种群中检测到了3种次级共生菌Hamiltonella defensa,Regiella insecticola和Rickettsia sp.。青海地区不同寄主植物种群3种次级共生菌均有感染,主要感染H. defensa和R. insecticola,黑麦草和披碱草上R.insecticola感染率分别达到了68.8%和83.3%;而陕西杨凌地区Rickettsia sp.感染比较普遍且感染率较高,燕麦上和黑麦草上的感染率分别达到了86.7%和69%,而H. defensa和R. insecticola只在个别种群中有零星感染。寄主植物和地理位置对次级共生菌的感染都有一定的影响。寄主植物对R. insecticola的感染影响比较显著,而地理位置对3种共生菌的感染影响都比较显著。5.利用5个微卫星位点对不同麦长管蚜种群遗传多样性进行分析,结果表明:5个微卫星位点均具有较高的多态性。不同种群间遗传多样性存在差异,青海不同寄主植物上麦长管蚜种群的有效等位基因数和香农信息指数较高,而陕西杨凌不同寄主植物上麦长管蚜种群的有效等位基因数和香农信息指数较低,说明青海不同寄主植物上种群遗传多样性较高。麦长管蚜不同种群间固定指数在0.0166~0.2690之间,各种群间存在不同程度的遗传分化,同一地方不同寄主上麦长管蚜种群间的遗传分化较低,其中青海小麦和大麦上麦长管蚜种群间的遗传分化最低,基因流最大,陕西杨凌小麦和青海燕麦上麦长管蚜种群间的遗传分化最高,基因流也最小,不同种群间的遗传分化主要存在于不同地方的不同寄主植物种群之间。分子方差分析结果表明,麦长管蚜不同种群间的遗传变异占总变异的21.5%,种群内的变异占总体变异的78.5%,说明种群间的分化主要来自于种群内个体的变化。贝叶斯聚类的结果也表明青海和陕西杨凌不同寄主上麦长管蚜种群间有一定的分化,而同一个地方小麦和大麦上的麦长管蚜种群之间的遗传距离较近,与燕麦上的麦长管蚜种群间遗传距离较远。总的来看,同一地方的麦长管蚜种群小麦和大麦上种群间的遗传分化较小,和燕麦种群的遗传分化较大。总之,麦长管蚜的生活史特征和适合度参数比较结果表明,它在不同寄主植物上的适应性存在一定差异,它对麦类作物的适应性要高于野生寄主杂草。一些蚜虫克隆系在特定寄主植物上呈现一定程度的专化。寄主植物能显著影响麦长管蚜体内次级共生菌R. insecticola的感染率,所以次生共生菌与麦长管蚜种群在不同寄主上的分化有一定关系。基于微卫星标记的遗传分化结果表明,同一地方小麦和大麦上的麦长管蚜种群间遗传分化程度较低,而它们与燕麦上种群间的遗传分化程度较高。因此,寄主植物和蚜虫次生内共生菌都能在麦长管蚜的种群分化中发挥重要作用,其分化机制和具体原因都值得进一步深入研究。
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