基于分子標記的桔小實蠅起源地推斷、擴散路徑重構(gòu)及擴散模式研究.pdf

1、桔小實蠅Bactroceradorsalis屬雙翅目Diptera，實蠅科Tephritidae，是一種多食性的害蟲，近年來在我國呈暴發(fā)為害的趨勢，嚴重威脅果蔬生產(chǎn)。采用分子標記重構(gòu)桔小實蠅的擴散歷史對揭示桔小實蠅成功擴散的因素，制定檢驗及防控措施具有重要意義。然而，由于采樣范圍有限及分析方法相對單一等因素，基于遺傳信息的桔小實蠅擴散歷史的研究還有相當?shù)木窒?。鑒于此，本論文開展了以下四方面的研究：1.基于線粒體cox1基因獲取的遺傳學(xué)信

2、息，推斷桔小實蠅的起源地及其擴散路徑；2.聯(lián)合線粒體nad1，nad5及cytb等3個基因，全面分析桔小實蠅在中國大陸的擴散模式；3.采用高靈敏性的微衛(wèi)星分子標記研究近年入侵重慶地區(qū)的桔小實蠅的種群遺傳結(jié)構(gòu)，佐證桔小實蠅擴散路徑的分析結(jié)果；4.分析實驗室內(nèi)桔小實蠅寄主轉(zhuǎn)換后遺傳信息的變化，為研究桔小實蠅擴散過程中寄主轉(zhuǎn)換對入侵的影響打下基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果及結(jié)論如下：
　　 1.桔小實蠅起源地及擴散路徑的推斷。采用線粒體cox1基

3、因為標記，分析包括野外采集的中國大陸地區(qū)14個桔小實蠅種群、巴基斯坦拉合爾的1個種群，及從Genbank中獲取中國臺灣地區(qū)的1個種群、中國大陸的10個種群、美國夏威夷的1個種群和印度的1個種群等亞太地區(qū)35個桔小實蠅種群的分子變異、單倍型組成、遺傳多樣性、遺傳分化、種群遺傳結(jié)構(gòu)、單倍型及種群系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、種群間的個體遷移及群口歷史等。
　　 序列變異分析表明，桔小實蠅cox1序列的變異程度很高，505bp的基因片段上有125個多

4、態(tài)性位點，其中83個為簡約信息位點，cox1序列的堿基組成有明顯的A+T偏向性。在亞太地區(qū)的35個桔小實蠅種群中共發(fā)現(xiàn)217個cox1的單倍型，其中47個為共享單倍型。臺灣地區(qū)的8個單倍型中有5個被18個種群共享；中國東南沿海地區(qū)與東南亞地區(qū)的種群都與臺灣地區(qū)有共享單倍型，但兩者間幾乎無共享單倍型存在；中國內(nèi)陸的種群與中國東南沿海及東南亞地區(qū)的種群均存在共享單倍型；美國火奴魯魯種群與亞洲地區(qū)的種群沒有共享單倍型存在，巴基斯坦拉合爾種群僅

5、與中國四川攀枝花的種群有共享單倍型。上述兩種群的遺傳多樣性也較低，而亞太地區(qū)其余33個種群表現(xiàn)出極高的遺傳多樣性，且近年來才建立的種群的遺傳多樣性高于較早建立的種群。巴基斯坦拉合爾及美國火奴魯魯?shù)?個分布邊緣區(qū)的種群與其余33個種群間的遺傳分化程度很高，而亞洲地區(qū)的33個種群遺傳分化不顯著。將35個桔小實蠅種群按地理分布及前人研究結(jié)果劃分為7個組群，通過遺傳分化分析發(fā)現(xiàn)，從臺灣地區(qū)向西，遺傳分化程度隨地理距離的增加而加大。7個組群的群口

6、歷史分析表明，臺灣地區(qū)的桔小實蠅經(jīng)歷過明顯的種群擴張過程，且該種群的擴散時間最長，從臺灣地區(qū)向西，隨著地理距離的增加種群的擴散時間也變短。種群鄰接系統(tǒng)發(fā)育樹顯示，中國東南沿海及東南亞地區(qū)的種群分屬發(fā)育樹的兩支，而中國內(nèi)陸的種群在這兩支均有分布?？臻g分子變異分析(SAMOVA)將35個桔小實蠅種群劃分為美國夏威夷組群及亞洲組群，說明太平洋阻礙了桔小實蠅在亞洲及夏威夷群島間的擴散，分子變異分析(AMOVA)表明有29.28％的變異發(fā)生在組群

7、間。單倍型網(wǎng)絡(luò)圖也清晰的顯示出美國夏威夷組群的單倍型除H208外都聚在一起。同時，不對稱遷移率的分析表明美國夏威夷及亞洲地區(qū)桔小實蠅種群間的基因交流十分有限。
　　 根據(jù)以上研究結(jié)果及歷史記錄，我們認為：1.臺灣地區(qū)有可能是桔小實蠅的起源地。2.從臺灣島起源后，桔小實蠅在亞洲大陸沿兩條路徑傳播。一條為臺灣島到中國東南沿海，另一條為臺灣島到東南亞地區(qū)，中國內(nèi)陸是這兩條傳播路徑的交匯區(qū)。3.巴基斯坦地區(qū)的桔小實蠅來源不明。4.美國夏

8、威夷群島的桔小實蠅可能來自于二戰(zhàn)后的人為攜帶，且該地區(qū)的種群由于太平洋的阻隔及檢疫措施的實施與亞洲的桔小實蠅呈現(xiàn)出明顯的遺傳分化。根據(jù)亞太地區(qū)桔小實蠅種群遺傳現(xiàn)狀，提出了有針對性的防控措施。
　　 2.桔小實蠅在中國的擴散模式。聯(lián)合采用nad1，nad5及cytb等3個線粒體基因片段對幾乎覆蓋中國大陸桔小實蠅分布區(qū)的12個種群的遺傳多樣性、遺傳結(jié)構(gòu)、種群間不對稱遷移率及群口歷史等進行分析。序列變異分析表明，桔小實蠅nad1，na

9、d5及cytb序列都具有較高的變異程度，多態(tài)性位點的個數(shù)分別為101，129及186個。12個桔小實蠅種群分別在nad1，nad5及cytb上發(fā)現(xiàn)132，142及143個單倍型。各種群的單倍型組成分析顯示，福州、廣州等發(fā)生歷史記錄較早的種群中共享單倍型的比例較高，而發(fā)生歷史記錄較晚的種群的單倍型組成大部分為稀有單倍型。無論是分別以3個線粒體基因單獨計算12個種群的遺傳多樣性還是以3個基因的聯(lián)合序列計算，中國大陸的12個桔小實蠅種群的遺傳

10、多樣性都很高，且重慶地區(qū)及武漢等近年來才建立的種群的遺傳多樣性高于福州、廣州等種群。種群間遺傳分化的分析表明，雖然地理距離相隔較遠，但中國內(nèi)陸的種群與東南沿海的種群間沒有產(chǎn)生遺傳分化。Mantel檢驗也表明，種群間的遺傳分化不是由地理隔離造成的?？臻g分子變異分析(SAMOVA)將12個種群分為東南沿海、海南島及內(nèi)陸等3個組群，但是這3個組群間的遺傳分化并不顯著，僅有不到10％的分子變異是發(fā)生在組群間。采用傳統(tǒng)的單倍型系統(tǒng)發(fā)育及單倍型網(wǎng)絡(luò)

11、圖也發(fā)現(xiàn)，分屬于不同組群的單倍型在發(fā)育樹上的分布方式與劃分的組群不符。種群間不對稱遷移率的檢測發(fā)現(xiàn)，個體在大部分兩兩種群間的遷移都是對稱的，但發(fā)現(xiàn)廣州種群向福州種群、向海南島的文昌種群及向內(nèi)陸的武漢、秀山、江津和萬州等種群有較強的遷出遷移率存在。顯著或極顯著的負Tajiama’sD和Fu’sFs值及明顯呈單峰型的錯配分布表明中國大陸的桔小實蠅經(jīng)歷過明顯的種群擴張，且發(fā)生擴張的主要區(qū)域為中國內(nèi)陸。擴張前后種群數(shù)量比值顯示，桔小實蠅在擴張的

12、過程中種群數(shù)量增長巨大。
　　 根據(jù)以上結(jié)果，我們認為：1.桔小實蠅在中國大陸經(jīng)歷了明顯的種群擴張并伴隨著快速的種群增長，這一過程主要發(fā)生在中國內(nèi)陸。2.由于不同來源地桔小實蠅的多重入侵，使桔小實蠅在擴散的過程中未經(jīng)歷瓶頸效應(yīng)。3.中國東南沿海地區(qū)是桔小實蠅向中國內(nèi)陸擴散的橋頭堡。
　　 3.新近入侵重慶地區(qū)的桔小實蠅的遺傳結(jié)構(gòu)。采用8個高度多態(tài)性的微衛(wèi)星分子標記對覆蓋渝西至渝東的6個桔小實蠅種群的遺傳結(jié)構(gòu)進行研究。重慶

13、地區(qū)的桔小實蠅在8個微衛(wèi)星位點上共檢測到51個等位基因，其中在MS4位點上最多，在3.2B位點上最少。Shannon’s信息指數(shù)Nei’s基因多樣性指數(shù)表明，重慶地區(qū)的桔小實蠅遺傳多樣性豐富，采用I.A.M及T.P.M模型均未發(fā)現(xiàn)這6個種群近期經(jīng)歷過瓶頸效應(yīng)。6個種群的表觀雜合度Ho均較低，導(dǎo)致這6個種群在大部分位點上偏離哈迪-溫伯格平衡。固定指數(shù)分析表明，重慶地區(qū)的6個桔小實蠅種群種群內(nèi)近交系數(shù)及總近交系數(shù)均較高，但種群間遺傳分化程度

14、很小，僅7.77％的變異發(fā)生在種群間。6個種群間平均為2.9961的基因流及最大僅為0.2367的遺傳距離也反映了這幾個種群間的遺傳分化程度很低。聚類分析軟件Structure將6個種群分為兩支，其中武隆種群的個體組成與其余5個種群不同。種群鄰接發(fā)育樹也顯示，武隆種群單獨為一支，而其余5個種群聚為一支。
　　 以上結(jié)果表明：1.桔小實蠅可能沿著兩條路徑遷入重慶地區(qū)。2.不同來源地桔小實蠅的多重入侵造成重慶地區(qū)種群的遺傳多樣性高，

15、且多重入侵克服了種群建立階段的瓶頸效應(yīng)。3.種群建立初期由于個體數(shù)量有限而導(dǎo)致種群內(nèi)近交較為嚴重，表現(xiàn)為雜合度不足、偏離哈迪-溫伯格平衡。
　　 4.寄主轉(zhuǎn)換對桔小實蠅遺傳分化的影響。將長期在香蕉上繼代飼養(yǎng)的桔小實蠅部分轉(zhuǎn)移到臍橙上，分別以香蕉及臍橙繼代飼養(yǎng)以獲得實驗種群。篩選出4對在桔小實蠅室內(nèi)種群上能表現(xiàn)出多態(tài)性的微衛(wèi)星引物。分別以香蕉和臍橙飼養(yǎng)5代，10代及15代的6個室內(nèi)種群的遺傳多樣性都很低，且臍橙種群隨著飼養(yǎng)代數(shù)的增

16、加遺傳多樣性降低。哈迪-溫伯格平衡隨著飼養(yǎng)世代數(shù)的增加逐漸由不平衡變?yōu)槠胶狻?個種群間的基因交流非常有限，平均僅為0.8707。在隔離飼養(yǎng)的最初幾代，桔小實蠅兩種寄主種群間的遺傳距離較小，隨著飼養(yǎng)代數(shù)的增加遺傳距離也增大，同種寄主上下代間的遺傳距離大于同世代不同寄主種群間的遺傳距離。采用不同分組方法進行的分子變異(AMOVA)也表明，同種寄主不同世代的種群間的遺傳變異更大。
　　 造成上述結(jié)果的主要原因為：1.隔離飼養(yǎng)及選擇壓力