基于COI和Cyt b的中國(guó)茶翅蝽生物地理初探.pdf

1、茶翅蝽Halyomorpha halys(St(a)l,1855)為異翅亞目(Heteroptera)、蝽科(Pentatomidae)、蝽亞科(Pentatominae)的一個(gè)常見(jiàn)種。廣泛分布于我國(guó)、日本、韓國(guó)以及其他亞洲國(guó)家和地區(qū)，其體型和體色在種內(nèi)變異較大，對(duì)一些重要的經(jīng)濟(jì)作物造成了嚴(yán)重的危害，因其入侵性強(qiáng)，已引起了世界范圍的廣泛關(guān)注。本研究試圖通過(guò)分子數(shù)據(jù)進(jìn)行茶翅蝽譜系地理學(xué)的探討，并通過(guò)入侵地樣本的分析初步探討其入侵情況。

2、r>　　 本研究廣泛選取了中國(guó)地區(qū)茶翅蝽的30個(gè)地理種群，2個(gè)入侵地種群（美國(guó)紐約地區(qū)和瑞士蘇黎世地區(qū)），總計(jì)257個(gè)樣本，每個(gè)樣本單獨(dú)用于DNA的提取，通過(guò)PCR手段擴(kuò)增線粒體基因，得到長(zhǎng)度為866bp的COI基因片段和長(zhǎng)度為654bp的Cytb基因片段，加上下載自GenBank的相關(guān)序列（韓國(guó)），共計(jì)258條樣本的序列。將數(shù)據(jù)分為兩類，一類數(shù)據(jù)只包括中國(guó)地區(qū)的樣本，而另一類數(shù)據(jù)由中國(guó)地區(qū)樣本和入侵地樣本共同組成。對(duì)于中國(guó)地區(qū)樣本，

3、基于兩個(gè)不同的分子標(biāo)記單獨(dú)構(gòu)建其單倍型矩陣，并基于不同的算法分別單獨(dú)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)(Bayesian、MP、ML、NJ)，結(jié)果顯示，兩種分子標(biāo)記得到的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常相似，都在整體上分為兩大支系，且兩個(gè)支系均具有較高的節(jié)點(diǎn)支持率，支系Ⅰ只包括臺(tái)灣地區(qū)的標(biāo)本;中國(guó)其他地區(qū)樣本共同構(gòu)成支系Ⅱ。兩大支系間不存在共享單倍型，且遺傳距離較大，暗示了兩大支系之間經(jīng)歷了較長(zhǎng)期的獨(dú)立進(jìn)化歷史。對(duì)于另外一個(gè)數(shù)據(jù)集，即包括入侵地樣本和我國(guó)樣本的數(shù)據(jù)

4、集，得到的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)結(jié)果顯示，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與只用中國(guó)地區(qū)樣本所得到的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)并無(wú)差別，同樣是分為兩大支系，支系Ⅰ只包括臺(tái)灣地區(qū)標(biāo)本，國(guó)內(nèi)其他地區(qū)樣本與來(lái)自入侵地種群的樣本共同構(gòu)成支系Ⅱ，暗示了這兩個(gè)入侵地種群的入侵來(lái)源很可能是中國(guó)大陸及海南地區(qū)，但由于本研究未能涵蓋茶翅蝽原產(chǎn)地的全部范圍，因此不能排除本研究中兩個(gè)入侵地種群是由其他原產(chǎn)地地區(qū)（例如韓國(guó)、日本等）入侵形成的，但至少可以說(shuō)明比起中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，中國(guó)大陸及海南地區(qū)作為兩個(gè)入侵地種

5、群的入侵來(lái)源地的可能性更大。
　　 譜系生物地理學(xué)的研究表明，30個(gè)地理種群的227個(gè)樣本基于COI基因得到102個(gè)單倍型，基于Cyt b基因得到80個(gè)單倍型，兩個(gè)分子標(biāo)記都顯示出較高的單倍型多樣性Hd:0.8939(COI)，Hd:0.776（Cytb）和較低的核苷酸多樣性π:0.00474(COI)，π:0.00462(Cytb)。這可能與茶翅蝽的進(jìn)化歷史相對(duì)較短或該種經(jīng)歷了近期從祖先種群的快速擴(kuò)張有關(guān)。AMOVA分析結(jié)果表

6、明，不論基于COI基因還是Cytb基因，遺傳分化都主要來(lái)自兩大支系之間，而兩大支系內(nèi)的種群間以及種群內(nèi)部都存在較為自由的基因交流。中性檢驗(yàn)中基于COI基因得到的結(jié)果Tajima's D為-2.21206(p＜0.01)，F(xiàn)u's Fs為-25.38024(p＜0.001);基于Cyt b基因的結(jié)果為:Tajima's D為-2.26066(p＜0.01)，F(xiàn)u's Fs為-25.91844(p＜0.001)，結(jié)果顯示均為顯著地偏離中性進(jìn)

7、化，說(shuō)明種群近期經(jīng)歷過(guò)快速的擴(kuò)張。歧點(diǎn)分布分析得到的結(jié)果顯示為平滑的單峰曲線，SSD和HRag的數(shù)值都小且不顯著，說(shuō)明本研究所用數(shù)據(jù)沒(méi)有顯著偏離預(yù)期模型，即種群經(jīng)歷了快速擴(kuò)張，因此利用其得到的τ值2.64844(COI)、2.86523(Cyt b)，并采用COI每百萬(wàn)年0.6％-1％的變異速率，Cyt b每百萬(wàn)年1.1-1.8％的變異速率進(jìn)行分歧時(shí)間和擴(kuò)張時(shí)間的估算。根據(jù)結(jié)果推算兩大支系的分歧時(shí)間大約在6.83到2.72百萬(wàn)年前，可以

8、推測(cè)兩大支系的分歧早在臺(tái)灣島形成之初就已經(jīng)形成，而此后的多次陸橋連接未能使兩支系之間發(fā)生有效的基因交流。而估計(jì)大陸支系的擴(kuò)張時(shí)間12.74萬(wàn)年到7.65萬(wàn)年之間(COI)、9.96萬(wàn)年到6.08萬(wàn)年之間(Cyt b)，此時(shí)大約處于第四紀(jì)冰期的MS5(海洋氧同位素階段-Marine OxygenIsotope Stage，MIS)時(shí)期，正是當(dāng)時(shí)溫暖濕潤(rùn)的氣候條件使茶翅蝽的種群得以大規(guī)模擴(kuò)張。
　　 由于大陸海南地區(qū)內(nèi)部沒(méi)有明顯的譜

9、系地理結(jié)構(gòu)，種群之間和種群內(nèi)部均存在很高的基因交流，推測(cè)其存在多個(gè)避難所，但不同的避難所之間仍存在較高水平的基因交流。由此本研究根據(jù)生態(tài)位模型(ecological niche modeling，ENM)對(duì)茶翅蝽冰期時(shí)期的分布進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果與本研究的假設(shè)基本一致，即茶翅蝽在LGM（末次冰盛期-Last Glacial Maximum，LGM）冰期并沒(méi)有形成明顯的片段化分布，推測(cè)其基因交流也并沒(méi)有因?yàn)榉植加诓煌谋茈y所而受到阻隔，這可

10、能也是導(dǎo)致茶翅蝽支系Ⅱ內(nèi)部沒(méi)有明顯譜系地理結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要原因。
　　 對(duì)于入侵地兩個(gè)種群的研究表明，兩個(gè)種群的遺傳多樣性都很低，這很可能是由于種群經(jīng)歷了奠基者效應(yīng)或瓶頸效應(yīng)。而基于單倍型結(jié)果的分析，來(lái)自美國(guó)紐約地區(qū)的種群15個(gè)樣本都屬于同一個(gè)單倍型(COI、Cyt b)，這說(shuō)明此種群很可能來(lái)自一個(gè)入侵地或者由一次入侵事件而形成;而來(lái)自瑞士的SCZ種群的15個(gè)樣本屬于3個(gè)(COI)或2個(gè)(Cyt b)單倍型，說(shuō)明該種群很可能來(lái)自不