水稻大螟種群遺傳結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、大螟Sesamia inferens(Walker)是亞洲地區(qū)水稻上重要的害蟲。過去的研究認(rèn)為，大螟在我國(guó)的分布北限大致在北緯34°的陜西周至、河南信陽(yáng)、安徽合肥和江蘇淮陰一線。隨著全球氣候變暖，大螟的分布北限也在逐漸向北擴(kuò)展，己在北緯34°以北的稻區(qū)發(fā)生危害。大螟原為一種水稻上的常發(fā)次要害蟲，然而在21世紀(jì)初，大螟種群數(shù)量迅速上升，對(duì)水稻的為害逐漸加重并成為水稻的主要害蟲之一。本研究采用微衛(wèi)星分子標(biāo)記(SSR)和線粒體DNA分子標(biāo)記（

2、COI和Cytb基因）相結(jié)合的方法對(duì)采自我國(guó)37個(gè)不同地理種群大螟的遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)而深入的研究，分析各個(gè)種群間的親緣關(guān)系，探討大螟的起源與進(jìn)化。同時(shí)對(duì)所采集的大螟地理種群的Wolbachia感染率進(jìn)行了分析，初步探明了各種群中的Wolbachia類群。此外，通過對(duì)感染W(wǎng)olbachia大螟個(gè)體和未感染個(gè)體的線粒體DNA多樣性進(jìn)行分析，探討Wolbachia是否對(duì)大螟mtDNA多樣性和進(jìn)化產(chǎn)生影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1、大螟

3、遺傳多態(tài)性微衛(wèi)星標(biāo)記的篩選
　　本研究采用FIASCO法篩選了30個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)，并對(duì)這些位點(diǎn)進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，大螟兩個(gè)地理種群（江蘇揚(yáng)州和貴州貴陽(yáng)）的微衛(wèi)星多態(tài)信息含量(PIC)為0.181-0.947，平均值為0.633，表明有高度的多態(tài)性。此外，這些位點(diǎn)的等位基因數(shù)有2-31個(gè)，期望雜合度為0.196-0.962，觀測(cè)雜合度為0.043-1.000;同時(shí)，在一個(gè)種群中至少有14個(gè)位點(diǎn)在Bonferroni校正后沒有顯著偏離

4、哈迪-溫伯格平衡(P＜0.01);位點(diǎn)CA194>106，GA13& TG52，GA13&TG51，CA31&CA43，GT16>206在Bonferroni校正后表現(xiàn)出連鎖不平衡。本研究還初步分析了大螟的微衛(wèi)星突變模式，發(fā)現(xiàn)了3種微衛(wèi)星突變類型。
　　2、基于微衛(wèi)星標(biāo)記的大螟種群遺傳結(jié)構(gòu)研究
　　基于微衛(wèi)星標(biāo)記的結(jié)果表明，中國(guó)的大螟種群具有較高的遺傳多樣性，9個(gè)微衛(wèi)星位點(diǎn)平均有38.6667個(gè)等位基因;各種群間存在

5、中等程度的遺傳分化(0.05＜ FST＜0.15);大部分種群都偏離Hardy-Weinberg平衡，這可能是由于等位基因的雜合度不足而引起。分子方差分析(AMOVA)結(jié)果表明，中國(guó)大螟的種群遺傳變異主要來(lái)自于種群內(nèi)部，為總變異的85％。UPGMA聚類圖顯示，37個(gè)大螟地理種群聚為2支，即中國(guó)南部的地理種群聚為一支，東部、中部、西部和北部的種群聚為另一支，這種分支格局與Structure的分析結(jié)果一致;但在2個(gè)分支內(nèi)，各地理種群在系統(tǒng)聚

6、類樹上呈現(xiàn)出不規(guī)則的分布格局，表明大螟各地理種群間的遺傳分化與地理距離無(wú)明顯的相關(guān)性。瓶頸效應(yīng)分析表明，在IAM模型下，大螟的少部分地理種群在近期經(jīng)歷過瓶頸效應(yīng)，但從總體上看，中國(guó)的整個(gè)大螟種群數(shù)量正處于平穩(wěn)增加之中。
　　3、基于線粒體基因的大螟種群遺傳結(jié)構(gòu)研究
　　線粒體基因標(biāo)記的結(jié)果也表明，中國(guó)的大螟種群具有較高的遺傳多樣性;各種群間也存在中等程度的遺傳分化(0.05＜ FsT＜0.15)，其中河北唐山種群(HBTS)

7、，四川達(dá)州種群(SCDZ)，四川成都種群(SCCD)和廣西南寧(GXNN)種群間的遺傳分化程度較大(FST=1.00000)。此外，用貝葉斯推斷(BI)和鄰接法(NJ)對(duì)本研宄所涉及的37個(gè)大螟種群進(jìn)行分析，結(jié)果表明中國(guó)的大螟種群也明顯地聚為2支，這與上述微衛(wèi)星的分析結(jié)果完全一致。此外，空間分子變異分析(SAMOVA)的結(jié)果表明，中國(guó)37個(gè)大螟種群可細(xì)分為5個(gè)組群，即華北組群(Northern China，NC)、華中-華東組群(Cen

8、tral-Eastern China，CEC)、華中西部組群(Central China West，CCW)、西南組群(Southwestern China，SWC)和華南組群(Southern China，SC)。分子方差分析(AMOVA)的結(jié)果顯示，大螟種群的遺傳變異主要自于種群內(nèi)的個(gè)體之間和組群間，少部分來(lái)自組內(nèi)的種群間，這表明中國(guó)的大螟種群在不同組群之間已有明顯的分化。
　　根據(jù)2個(gè)線粒體基因的單倍型歧點(diǎn)分布及中性檢驗(yàn)，表

9、明中國(guó)的大螟群體單倍型歧點(diǎn)分布為雙峰或多峰模型;Tajima's D與Fu's Fs中性檢驗(yàn)值總體不顯著，表明中國(guó)的大螟種群在過去較近的歷史時(shí)期內(nèi)沒有經(jīng)歷種群擴(kuò)張事件，群體大小保持相對(duì)穩(wěn)定。研究還表明，大螟的分歧時(shí)間大約為93-97萬(wàn)年前。
　　基于協(xié)同進(jìn)化理論，最大共享單倍型的分布地，單倍型網(wǎng)狀圖的星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，非對(duì)稱基因流的流向，近似貝葉斯法的分析以及大螟在不同時(shí)期適生度的分析均表明，大螟可能起源于中國(guó)的長(zhǎng)江流域。
　　

10、4、大螟內(nèi)共生菌Wolbachia的檢測(cè)及其對(duì)線粒體基因的影響
　　本研究基于Wolbachia表面蛋白基因(wsp)和細(xì)胞分裂蛋白基因（ftsZ）對(duì)大螟的Wolbachia感染情況進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示僅有少數(shù)大螟個(gè)體感染了Wolbachia，感染率為8.2％，但所感染的Wolbachia卻表現(xiàn)出較高的多樣性，即有6個(gè)株系;而且感染W(wǎng)olbachia的大螟種群主要分布于中國(guó)南部。此外，本研究發(fā)現(xiàn)并定義了2個(gè)新的Wolbachia株

11、系，分別命名為wCam和wInf。進(jìn)一步的研究表明，感染W(wǎng)olbachia的大螟種群線粒體基因的核苷酸多樣性指數(shù)（包括單倍型多樣性[HD]，核苷酸多樣性[π]和變異位點(diǎn)的數(shù)目[S]）與未感染種群的沒有顯著差異，而且Wolbachia的株系和線粒體DNA單倍型的系統(tǒng)發(fā)育間沒有相關(guān)性。分子方差分析(AMOVA)表明，大螟感染W(wǎng)olbachia個(gè)體和未感染的個(gè)體間線粒體DNA的遺傳差異較小。另外，中性檢測(cè)結(jié)果表明感染W(wǎng)olbachia的種群和