中国烟粉虱地理分布、种群遗传结构及其次生内共生菌多样性研究

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烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)是一种世界性的入侵害虫,也是一个独特的、复杂的复合种,至少含有40个形态上难以区分的隐种。在我国分布的烟粉虱包括许多本地隐种及入侵隐种,其中MED和MEAM1隐种是分布最广泛、为害最严重的2种入侵隐种。烟粉虱体内携带的内共生菌目前已报道有1种/属初生内共生菌和7种/属次生内共生菌,这些次生内共生菌在烟粉虱的扩散和入侵方面发挥了重要作用。随着烟粉虱入侵隐种的快速扩散和为害增加,对其不同地理种群的遗传多样性和遗传结构的研究已刻不容缓。本论文基于全国范围内烟粉虱野外调查和系统采集,分析我国烟粉虱隐种类型及不同隐种在全国的地理分布及近10年来入侵隐种MED和MEAM1的种群动态;同时,开展烟粉虱不同隐种和不同采集地区的次生内共生菌多样性分析;最后,基于mtDNA COⅠ基因序列和微卫星标记对烟粉虱入侵隐种种群遗传结构进行研究。本论文主要研究结果如下:(1)我国烟粉虱系统发育和地理分布研究。本研究对来自全国30个省(自治区,直辖市)111个地区的烟粉虱样本进行分析。系统发育分析表明本研究所得到的烟粉虱mtDNA COⅠ基因序列均可与已报道隐种各自聚为一类,同时发现我国分布的烟粉虱主要有2种入侵隐种MED和MEAM1,及包括China 1、China 2、China 6、AsiaⅠ、AsiaⅡ1、AsiaⅡ3、AsiaⅡ6、AsiaⅡ7和AsiaⅡ9在内的9种本地隐种。其中,烟粉虱MED隐种分布于全国绝大部分地区,分布范围最广,数量最多(78.02%);其次为MEAM1隐种(11.46%),且近10年逐渐被MED隐种所取代,但仍在一些地区有分布;此外,本地隐种分布在一定的区域内,且在某些地区占主要地位。(2)基于线粒体COⅠ基因序列的烟粉虱入侵隐种种群遗传结构研究。利用mtDNA COⅠ基因分别对我国不同地理种群的烟粉虱MED和MEAM1隐种种群遗传多样性和遗传结构进行分析,结果显示:(1)两个隐种的mtDNA COⅠ基因序列均存在变异位点,变异百分率分别为0.79%和0.40%,且均具有明显的A/T偏向性。(2)MED隐种总体的单倍型多样性Hd为0.411,核苷酸多样性π为0.291,各地理种群的单倍型数量h变化范围为15,单倍型多样性Hd变化范围为01.7845,核苷酸多样性π变化范围为00.8000,平均核苷酸差异数k变化范围为02.2254;MEAM1隐种总体的单倍型多样性Hd为0.029,核苷酸多样性π为0.017,各地理种群的单倍型数量h变化范围为13,单倍型多样性Hd变化范围为00.422,核苷酸多样性π变化范围为00.381,平均核苷酸差异数k变化范围为00.824;此外,核苷酸错配分析表明我国烟粉虱MED和MEAM1隐种处于扩张或持续增长时期。(3)烟粉虱MED隐种不同地理种群间的固定指数FST变化范围为-0.8751,基因流Nm的变化范围为0inf;烟粉虱MEAM1隐种不同地理种群间的固定指数FST变化范围为-10.099,基因流Nm的变化范围为4.548inf。(4)分子方差分析表明,两种隐种的变异均主要来自不同地理种群内个体间的差异。(5)在烟粉虱MED隐种的7个单倍型中,有6个单倍型为共享单倍型,其中MED-1(72.26%)和MED-2(25.82%)为优势共享单倍型;在MEAM1隐种的4个单倍型中,有1个单倍型MEAM1-1为共享单倍型(98.53%)。(3)基于微卫星标记的烟粉虱入侵隐种种群遗传结构研究。选取烟粉虱的5个微卫星位点作为分子标记,对全国范围内采集的烟粉虱MED和MEAM1隐种样本进行遗传多样性和遗传结构分析。结果表明:(1)MED隐种观测等位基因数Na和有效等位基因数Ne分别在2.40004.0000和1.63482.2822之间,Shannon’s信息指数I在0.51750.9238之间,观测杂合度Ho和期望杂合度He分别在0.18000.4500和0.31200.5446之间,近交系数FIS在-0.1040.317之间,Hardy-Weinberg分析显示7个地理种群显著偏离遗传平衡(P(HWE)<0.05);MEAM1隐种观测等位基因数Na和有效等位基因数Ne分别在2.20003.4000和1.76982.2473之间,Shannon’s信息指数I在0.48030.7362之间,观测杂合度Ho和期望杂合度He分别在0.26670.4500和0.27280.4062之间,近交系数FIS在-0.0650.179之间,Hardy-Weinberg分析显示仅有1个地理种群显著偏离遗传平衡(P(HWE)<0.05)。(2)MED隐种固定指数FST变化范围为-0.8751,基因流Nm的变化范围为0inf;MEAM1隐种固定指数FST变化范围为-10.099,基因流Nm的变化范围为4.548inf。(3)分子方差分析表明,两种隐种的变异均主要来自不同地理种群内个体间的差异。(4)遗传结构分析显示,我国烟粉虱MED隐种不同地理种群分为明显的2个分支,而MEAM1隐种不同地理种群遗传结构一致。(4)烟粉虱次生内共生菌多样性研究。烟粉虱MED隐种主要单一感染Hamiltonella(95.32%)和Cardinium(22.86%),协同感染Hamiltonella-Cardinium(22.08%);烟粉虱MEAM1隐种主要单一感染Hamiltonella(95.95%)和Rickettsia(45.95%),协同感染Rickettsia-Hamiltonella(33.24%)。而本地隐种中,China 1和China 2隐种主要感染Wolbachia,China 6、AsiaⅠ、AsiaⅡ3、AsiaⅡ7和AsiaⅡ9隐种主要感染Cardinium,AsiaⅡ1和AsiaⅡ6隐种主要感染Arsenophonus。此外,部分隐种次生内共生菌的感染表现出一定的地域性特征。本论文研究表明,我国分布的烟粉虱包括2种入侵隐种及9种本地隐种,各隐种的地理分布存在差异;我国烟粉虱入侵隐种MED和MEAM1均未形成明显的地理种群结构,MED隐种的遗传多样性高于MEAM1隐种,且MED隐种遗传结构复杂,而MEAM1隐种遗传结构单一;烟粉虱不同隐种都感染有种类丰富的次生内共生菌,且感染情况随隐种类型和采集地点的不同而变化。
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