基于微衛(wèi)星和線粒體DNA分子標(biāo)記的西花薊馬入侵遺傳學(xué)的研究.pdf

1、西花薊馬Frankliniella occidentalis（Pergande）屬于纓翅目（Thysanoptera）、錐尾亞目(Terebrantia)、薊馬科（Thripidae）、花薊馬屬（Frankliniella），是一種世界著名的危險性入侵害蟲。西花薊馬起源于北美洲的的西部地區(qū)，最早記載于1895年。西花薊馬在中國最早于2000年在昆明國際花卉節(jié)上發(fā)現(xiàn)，近年來，其在云南、山東、黑龍江、遼寧等地被發(fā)現(xiàn)并局部暴發(fā)成災(zāi)。西花薊馬食

2、性雜，可以通過刺吸植物引起直接危害和通過傳播如嵌紋斑點病毒(impatiens necrotic spot virus(INSV))和番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus(TSWV))引起間接危害，造成巨大的經(jīng)濟損失。為了防止西花薊馬在中國的進一步擴散，需要了解西花薊馬在中國的遺傳組成和擴散路徑。另外，既然西花薊馬在中國很多地方已經(jīng)定殖，也需要了解西花薊馬定殖種群的遺傳組成和數(shù)量的動態(tài)變化，從而對其進行有效的

3、防治。花薊馬是同樣屬于花薊馬屬（Frankliniella）的一種害蟲。作為中國的本地種，其與西花薊馬形態(tài)相似、危害方式相同，并且常危害同一種寄主植物。因此，為了通過比較本地種花薊馬與入侵種西花薊馬的遺傳組成可以揭示西花薊馬入侵成功的機制。
　　本研究主要利用微衛(wèi)星和線粒體分子標(biāo)記來研究西花薊馬的遺傳組成，擴散路徑和種群數(shù)量動態(tài)變化。由于可應(yīng)用的西花薊馬微衛(wèi)星位點較少，本研究首先利用直接從西花薊馬基因組中通過微衛(wèi)星富集的方法和從西

4、花薊馬表達序列標(biāo)簽(expressed sequence tags)庫中開發(fā)微衛(wèi)星。然后利用上述開發(fā)的微衛(wèi)星和線粒體COI分子標(biāo)記來研究西花薊馬的遺傳多樣性，遺傳分化，擴散路徑和種群動態(tài)，獲得了以下的結(jié)論:
　　1)通過提取并純化西花薊馬的總基因組DNA，然后利用限制性內(nèi)切酶EcoRV和HindⅢ進行酶切、連接接頭及抑制PCR擴增等步驟成功構(gòu)建了西花薊馬微衛(wèi)星富集文庫。隨后挑取376個陽性克隆成功測序，并設(shè)計了105對微衛(wèi)星引物，

5、最后成功獲得8個多態(tài)性較好的微衛(wèi)星位點。本研究是首次通過抑制PCR的方法構(gòu)建西花薊馬的微衛(wèi)星富集文庫來開發(fā)微衛(wèi)星，而通過此方法開發(fā)西花薊馬微衛(wèi)星是可行的，但是若要是高通量開發(fā)微衛(wèi)星位點的話，本方法比較費時。
　　2)本研究隨后從西花薊馬的表達序列標(biāo)簽(expressed sequence tags)中來進行微衛(wèi)星的開發(fā)。通過搜索共獲得13839條EST序列，通過設(shè)計引物，檢測引物多型和在3個種群中進行預(yù)擴增，共獲得了18個微衛(wèi)星。

6、另外研究了這些新開發(fā)微衛(wèi)星的變異模式，以便選擇較合適的微衛(wèi)星來進行西花薊馬種群遺傳學(xué)的研究。本文也評價了這些位點在中國三個種群（哈爾濱，大理和貴陽）共96個個體中的遺傳多樣性。結(jié)果表明這些位點均具有較高的多型，每個位點的等位基因個數(shù)從2到15不等，平均為5.5個等位基因。表觀雜合度（Ho）和期望雜合度（HE）分別為0.072到0.707和從0.089到0.851。另外，只有兩個位點/種群組合（WFT144在大理和WFT50在貴陽）顯著偏

7、離哈德溫伯格平衡（Hardy-Weinberg equilibrium;HWE）。三個種群總的遺傳分化指數(shù)FST表現(xiàn)出了一個較小但顯著的遺傳分化（0.026＜FST＜0.032;P＜0.001）。對以上新開發(fā)的所有微衛(wèi)星等位基因測序顯示，所有的等位基因均對應(yīng)西花薊馬相應(yīng)的EST序列。大多數(shù)等位基因表現(xiàn)出了一個復(fù)雜的變異模式。因此，這些新開發(fā)的微衛(wèi)星可以作為比較好的分子標(biāo)記，但是在應(yīng)用的過程中要關(guān)注其變異模式。
　　3)本文隨后利用

8、從基因組中開發(fā)得到的8個微衛(wèi)星和之前報道的兩個微衛(wèi)星位點以及線粒體COI基因研究了西花薊馬14個地理種群的種群結(jié)構(gòu)和在中國的擴散路徑。線粒體和微衛(wèi)星分子標(biāo)記均表示西花薊馬中國種群的遺傳多樣性均是顯著低于其本地種群的遺傳多樣性。之前發(fā)現(xiàn)的兩個隱種（或生態(tài)型）也在本研究中同時發(fā)現(xiàn)。這兩種型在線粒體COI上的變異是3.3％，但是這兩種型卻不能被微衛(wèi)星分子標(biāo)記區(qū)分開。而這兩種型之間的雜交可能導(dǎo)致這種線粒體和核基因的不一致的現(xiàn)象。另外，中國的種群

9、表現(xiàn)出了較小但很顯著的遺傳分化(globalFST=0.043，P＜0.001)。并且在中國的種群之間出現(xiàn)了顯著的定向基因流基因流:從云南的3個地理種群（保山，大理和昆明）傳向中國的其他地方。所以云南的3個地理種群可能是中國其他地方的蟲源地，這也是一種橋頭堡效應(yīng)(bridgeheadeffect)。而這三個種群中較高的遺傳多樣性也證明了這種定向擴散的可能性。因此，在今后西花薊馬的防治中，應(yīng)該阻止其從云南的3個種群向其他地方擴散。

10、　　4)雖然具有較低的遺傳多樣性，但是很多物種仍然可以成功入侵。但是新建立種群較低的遺傳多樣性可以限制它們的進化能力和適合度，從而會導(dǎo)致新建立種群在時間上會存在一個波動的現(xiàn)象。盡管如此，目前對入侵生物新建立種群的遺傳組成的動態(tài)仍然不是很了解。本文利用線粒體COI基因和25個微衛(wèi)星位點來研究了西花薊馬在入侵中國后多個種群的遺傳組成和種群數(shù)量的動態(tài)變化?？傮w來講，在兩到三年的時間里，除了JQ種群，其他所有種群在遺傳組成上均沒有較大的波動，表

11、現(xiàn)出在時間上的穩(wěn)定性。另外，結(jié)果表明WFT124位點是經(jīng)受自然選擇的。而自然選擇的力量可能是相對濕度或降雨量。以上結(jié)果表明西花薊馬的種群的遺傳組成在時間尺度上是穩(wěn)定的，而西花薊馬對棲息地的適應(yīng)性可能導(dǎo)致了這種穩(wěn)定性。本章結(jié)果對入侵生物的種群動態(tài)和導(dǎo)致這種動態(tài)的影響因素提供了一個新的觀點。
　　5)本文利用線粒體COI基因分子標(biāo)記研究了與西花薊馬同屬的本地種花薊馬（Frankliniella intonsa Trybom）在中國26