二化螟寄主種群分化及其交配節(jié)律差異產(chǎn)生的內(nèi)源機(jī)制.pdf

1、同域物種形成是物種形成的基本方式之一，同域物種形成過程中的生殖隔離機(jī)制一直是進(jìn)化生物學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。二化螟Chilo suppressalis嚴(yán)重危害水稻和茭白等禾本科植物，有學(xué)者認(rèn)為二化螟已經(jīng)分化為水稻和茭白寄主種群，處于同域物種形成的早期階段。交配節(jié)律差異可能是導(dǎo)致二化螟寄主種群間交配前生殖隔離的重要因素之一。然而，目前仍然缺乏證據(jù)證實(shí)交配節(jié)律差異在二化螟水稻和茭白種群間生殖隔離中的作用，不清楚種群間交配節(jié)律差異產(chǎn)生的內(nèi)源機(jī)制。<

2、br>　　本研究以二化螟水稻和茭白種群為材料，研究了寄主植物對二化螟寄主種群生物學(xué)特征及交配節(jié)律的影響，驗(yàn)證了二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律的遺傳模式，明確了二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律差異在種群間生殖隔離中的作用，探索了二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律差異的內(nèi)源機(jī)制。主要結(jié)果及結(jié)論如下:
　　1.寄主植物對二化螟寄主種群生物學(xué)特征及交配節(jié)律的影響
　　通過轉(zhuǎn)換寄主實(shí)驗(yàn)研究了寄主植物對二化螟幼蟲存活率、幼蟲發(fā)育歷期、3日齡蛹重、成

3、蟲前翅長、交配節(jié)律等表型的影響。結(jié)果顯示，寄主植物顯著影響二化螟水稻和茭白種群的幼蟲存活率、幼蟲發(fā)育歷期、3日齡蛹重、成蟲前翅長等生物學(xué)指標(biāo)，但不影響二化螟成蟲的交配節(jié)律。研究結(jié)果證實(shí)二化螟已經(jīng)分化為水稻和茭白寄主種群，水稻和茭白種群特有交配節(jié)律是長期適應(yīng)進(jìn)化形成的可穩(wěn)定遺傳的表型。
　　2.二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律的遺傳模式
　　通過二化螟水稻和茭白種群的種群間雜交、雜交代與親本種群的回交實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了二化螟交配節(jié)律的遺

4、傳模式，分析了兩種群控制交配節(jié)律的等位基因的顯隱性關(guān)系。結(jié)果顯示，二化螟水稻和茭白種群正交及反交獲得的F1代與水稻種群進(jìn)行回交時(shí)，交配節(jié)律與兩親本種群交配節(jié)律的存在顯著差異;與茭白種群進(jìn)行回交時(shí)，交配節(jié)律與茭白種群的交配節(jié)律一致。F1代的母本及父本的種群來源均顯著影響F1代成蟲的交配節(jié)律。研究結(jié)果支持二化螟交配節(jié)律受到常染色體上的多基因控制，表明茭白種群控制交配節(jié)律的常染色體上的等位基因?qū)λ痉N群的等位基因具有顯性作用。
　　3.

5、二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律差異在種群間生殖隔離中的作用
　　在不同光周期條件下，進(jìn)行種群間的成蟲交配選擇實(shí)驗(yàn)，研究了交配節(jié)律差異在種群間生殖隔離中的作用。結(jié)果顯示，兩種群交配節(jié)律存在差異時(shí)，二化螟水稻和茭白種群間無選擇實(shí)驗(yàn)、雌蟲選擇實(shí)驗(yàn)、雄蟲選擇實(shí)驗(yàn)及多選擇實(shí)驗(yàn)中，種群間的隔離指數(shù)IPSI均顯著大于隨機(jī)交配條件下隔離指數(shù)值(IPSI=0);交配高峰時(shí)，不同交配選擇實(shí)驗(yàn)中，種群間的隔離指數(shù)IPSI分別為與隨機(jī)交配條件下隔離指數(shù)值(

6、IPSI=0)相比均無顯著差異，即種群間的生殖隔離水平降低，種群間接近隨機(jī)交配。研究結(jié)果明確了二化螟水稻和茭白種群成蟲交配節(jié)律差異是導(dǎo)致種群間部分生殖隔離的重要因素。
　　4.二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律差異產(chǎn)生的內(nèi)源機(jī)制研究
　　通過觀察二化螟雌蟲的求偶行為，檢測了雌蟲求偶時(shí)性腺中的性信息素滴度及性信息素生物合成基因表達(dá)量，分析了種群間交配節(jié)律產(chǎn)生的內(nèi)源機(jī)制。結(jié)果顯示，二化螟水稻和茭白種群雌蟲性信息素組分Z11-16Ald

7、滴度及暗期變化節(jié)律存在明顯差異，而Z9-16Ald及Z13-18Ald的含量很低，暗期沒有明顯的滴度變化節(jié)律?；诙鴥煞N群雌蟲性腺轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果，鑒定了可能參與性信息素合成的基因，包括2個(gè)脂酶(Lipase1、Lipase2)、2個(gè)脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(FATP1、FATP2)、2個(gè)去飽和酶(DES1、DES7)、1個(gè)乙酰輔酶A脫氫酶(ACD1)、3個(gè)長鏈脂肪酸延長酶(ELO1、ELO6、ELO7)、2個(gè)醛酮還原酶(ALR1、ALR2)。

8、兩種群雌蟲性腺中上述基因的表達(dá)量存在顯著差異。qRT-PCR驗(yàn)證了Lipase2、FATP2、ACD1、ELO1在性腺中的表達(dá)，結(jié)果顯示，水稻種群這4個(gè)基因的表達(dá)量均比茭白種群高。研究結(jié)果表明二化螟水稻和茭白種群雌蟲性信息素滴度變化節(jié)律及性信息素合成相關(guān)基因表達(dá)節(jié)律均存在差異，暗示了種群間交配節(jié)律差異的內(nèi)源生理及分子機(jī)制。
　　本研究表明，二化螟已經(jīng)分化為水稻和茭白寄主種群，兩種群成蟲特有交配節(jié)律是長期適應(yīng)不同寄主植物后形成的可穩(wěn)