孫靖軒,李 遷,譚曉玲,范 佳,張 勇,FRANCIS Frédéric,陳巨蓮*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,植物病蟲害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193;2.比利時(shí)列日大學(xué)讓布魯農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)院功能與進(jìn)化昆蟲學(xué)系,讓布魯 5030;3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院牡丹江分院,牡丹江 157000)

荻草谷網(wǎng)蚜Sitobionmiscanthi(Takahashi)是我國(guó)一種嚴(yán)重為害小麥的害蟲,在我國(guó)一直被廣泛誤用為麥長(zhǎng)管蚜Sitobionavenae(Fabricius),1999年由我國(guó)知名蚜蟲分類專家張廣學(xué)主編的《西北農(nóng)林蚜蟲志》在中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社正式發(fā)表,對(duì)該蚜蟲學(xué)名進(jìn)行勘誤校正。麥長(zhǎng)管蚜在我國(guó)境內(nèi)僅存在于新疆伊犁等少數(shù)地區(qū),其腹管長(zhǎng)度和觸角節(jié)次生感覺圈分布位置與荻草谷網(wǎng)蚜存在一定差異[1]。本課題組通過對(duì)基因組研究也驗(yàn)證了我國(guó)麥蚜優(yōu)勢(shì)種為荻草谷網(wǎng)蚜[2]。荻草谷網(wǎng)蚜原產(chǎn)于亞洲,主要分布于中國(guó)、印度以及太平洋地區(qū)[3],每年暴發(fā),對(duì)小麥的安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。目前,我國(guó)研究報(bào)道中，包括本文引用的參考文獻(xiàn)中“麥長(zhǎng)管蚜”即為“荻草谷網(wǎng)蚜”。該蚜蟲在南方和北方均具有一定遷飛性[4]。了解其種群遺傳多樣性和相關(guān)因素有助于推測(cè)其遷飛路徑并為害蟲防治提供理論基礎(chǔ)[5]。早期的遷飛研究以傳統(tǒng)的越冬調(diào)查、燈光誘集、雷達(dá)監(jiān)測(cè)等測(cè)報(bào)方法來預(yù)報(bào)蟲情。張向才等依據(jù)越冬調(diào)查的結(jié)果推測(cè)麥長(zhǎng)管蚜在5月份可以隨西南氣流由豫西、晉南、關(guān)中、隴南、隴東和延安等北方冬麥區(qū)遷往銀川、內(nèi)蒙古、張家口、承德等春麥區(qū)[6]。國(guó)偉等推測(cè)荻草谷網(wǎng)蚜種群南北向的交流要強(qiáng)于東西向[7]。董慶周等認(rèn)為寧夏銀川存在外來蚜源遠(yuǎn)距離遷入的現(xiàn)象,且外來蚜源可以成為春季田間荻草谷網(wǎng)蚜種群的主體[8]。了解麥蚜蟲源及遷飛路徑是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和有效防治的基礎(chǔ)。然而,由于蚜蟲個(gè)體小,缺少合適研究技術(shù)方法,因此荻草谷網(wǎng)蚜的遷飛路徑及遷飛規(guī)律的研究一直進(jìn)展緩慢。

近年來分子生物學(xué)技術(shù)高速發(fā)展為蚜蟲遷飛研究提供了新的技術(shù)手段。研究蚜蟲群體遺傳變異的地理分布可以推斷不同地區(qū)蚜蟲的遺傳多樣性和可能的遷飛路線,為研究蚜蟲的遷飛擴(kuò)散等提供分子遺傳學(xué)證據(jù)[9]。其中線粒體DNA以進(jìn)化速率快,遺傳多樣性豐富等特點(diǎn),在昆蟲近緣種和地理種群進(jìn)化研究中得到廣泛應(yīng)用[10]。而蚜蟲初級(jí)共生菌作為近期研究熱點(diǎn),其對(duì)于蚜蟲營(yíng)養(yǎng)代謝和正常發(fā)育至關(guān)重要,并且與蚜蟲具有專性共生關(guān)系,利用共生菌相關(guān)基因作為昆蟲分子標(biāo)記的補(bǔ)充可以解決分子系統(tǒng)進(jìn)化及種下不同地理種群分化等問題[11-13]。因此,本研究選用線粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基Ⅰ(COⅠ)和初級(jí)共生菌Buchneraaphidicola的兩個(gè)基因(gnd和trpA)對(duì)我國(guó)6個(gè)荻草谷網(wǎng)蚜地理種群的遺傳多樣性、種群結(jié)構(gòu)和種群歷史動(dòng)態(tài)進(jìn)行探究,分析其系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。旨在揭示在地理隔離和相關(guān)的生態(tài)因素影響下的荻草谷網(wǎng)蚜不同種群的遺傳結(jié)構(gòu)特征,以期為該蚜蟲的遷飛擴(kuò)散路徑提供分子生態(tài)學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣本采集

從6個(gè)地點(diǎn)(表1)共收集了316頭荻草谷網(wǎng)蚜成蟲個(gè)體,涵蓋了中國(guó)大部分主要麥區(qū)。所有樣本均儲(chǔ)存在-20℃的無水乙醇中,保存后提取DNA。

1.2 DNA提取和測(cè)序

使用TIANamp基因組DNA試劑盒(天根生物科技有限公司,北京)提取單頭成蟲的基因組DNA。以線粒體蛋白編碼基因(COⅠ的部分序列)[14]和2個(gè)共生菌基因(gnd和trpA)[15-16]作為分子標(biāo)記(表2)。PCR擴(kuò)增體系為25 μL,包括DNA模板1 μL (45 ng/μL),10×PCR buffer 2.5 μL,上下游引物各0.5 μL,TaqDNA聚合酶1 μL,ddH2O 17.5 μL。反應(yīng)條件為:94℃預(yù)變性0.5～1 min;94℃變性30 s,退火30 s(退火溫度見表2),72℃延伸1 min,35～40個(gè)循環(huán);72℃延伸10 min。PCR產(chǎn)物用1.0%瓊脂糖凝膠檢測(cè),在紫外光下對(duì)凝膠進(jìn)行照相并記錄結(jié)果。純化的PCR產(chǎn)物進(jìn)行雙向測(cè)序(三博生物技術(shù)有限公司,北京)。

表2 試驗(yàn)所用4對(duì)標(biāo)記序列引物1)Table 2 Four pairs of primers for marker sequences

1.3 種群結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性

拼接校對(duì)后的序列使用MEGA 7.0中的Clustal W[17]進(jìn)行比對(duì),比對(duì)時(shí)采用默認(rèn)參數(shù)。使用DnaSP 5.0計(jì)算多態(tài)位點(diǎn)數(shù)(S)、單倍型數(shù)(Ht)、單倍型多樣性(Hd)、核苷酸多樣性(π)和平均核苷酸差異數(shù)(K),進(jìn)而推算各地種群遺傳多樣性高低。使用Arlequin計(jì)算兩兩地理種群之間的成對(duì)分化指數(shù)FST,來估計(jì)種群間的遺傳差異,計(jì)算所有種群的成對(duì)FST值[18-19]。成對(duì)FST通常用于衡量種群間的遺傳分化程度,不同基因的成對(duì)FST值差異較大,其取值范圍在0～1之間。FST≤0.05表示兩組間幾乎沒有遺傳分化,0.050.25表示種群高度分化。

1.4 種群系統(tǒng)發(fā)育分析

通過MEGA 7.0軟件,利用鄰接法(neighbor joining,NJ)構(gòu)建基于Kimura雙參數(shù)模型(Kimura-2-parameter,K2P)[20]的系統(tǒng)發(fā)育樹,重復(fù)1 000次bootstrap檢驗(yàn)。然后,使用PopART 1.7[21]構(gòu)建單倍型網(wǎng)絡(luò)中介圖(median-joining networks),網(wǎng)絡(luò)圖可以用來揭示單倍型之間的關(guān)系。單倍型網(wǎng)絡(luò)圖呈放射狀分布,祖先單倍型一般應(yīng)位于網(wǎng)絡(luò)圖的中間,并在地理區(qū)域內(nèi)廣泛分布,最新出現(xiàn)的單倍型位于網(wǎng)絡(luò)圖的邊緣,其地理分布范圍非常有限。

1.5 種群遺傳結(jié)構(gòu)和種群歷史動(dòng)態(tài)分析

使用SAMOVA 1.051[22]進(jìn)行分子空間變異(spatial analysis of molecular variance,SAMOVA)分析,檢測(cè)種群間最大的遺傳障礙。設(shè)置組數(shù)K為2～5,并進(jìn)行100次置換檢驗(yàn)。當(dāng)種群內(nèi)的遺傳分化最小(FSC最小),組間遺傳分化最大(FCT最大)或者達(dá)到平臺(tái)時(shí)的分組結(jié)果(即給出的K值)為最優(yōu)的分組結(jié)果。利用Arlequin計(jì)算Fu’sFs和Tajima’sD,檢驗(yàn)種群是否偏離了中性進(jìn)化模型,以了解各種群的蟲口動(dòng)態(tài)歷史。當(dāng)Fu’sFs和Tajima’sD值為顯著的負(fù)值時(shí)表明種群經(jīng)歷了種群擴(kuò)張;當(dāng)Fu’sFs接近于0時(shí)表明指定種群為穩(wěn)定的種群;當(dāng)Fu’sFs為顯著的正值時(shí)表明種群可能經(jīng)歷了瓶頸效應(yīng)或者出現(xiàn)了種群分化。

2 結(jié)果與分析

2.1 種群遺傳多樣性分析

荻草谷網(wǎng)蚜6個(gè)種群中的3個(gè)不同基因COⅠ、gnd和trpA遺傳變異分析結(jié)果表明,不同種群遺傳結(jié)構(gòu)存在明顯差異,在316頭個(gè)體中存在33個(gè)COⅠ單倍型、6個(gè)gnd單倍型和19個(gè)trpA單倍型(表3)。不管是COⅠ、gnd,還是trpA標(biāo)記,銀川和泰安種群中都含有特有單倍型個(gè)體。COⅠ的核苷酸多樣性最高。發(fā)現(xiàn)了34個(gè)多態(tài)位點(diǎn),其中包括20個(gè)簡(jiǎn)約信息位點(diǎn)和14個(gè)單變量位點(diǎn),分別占總數(shù)的3.78%(20/529)和2.65%(14/529)。

表3 不同地理種群荻草谷網(wǎng)蚜的序列變異Table 3 Sequences variation in different Sitobion miscanthi geographical populations

進(jìn)一步分析表明,在所有種群中,COⅠ序列多態(tài)位點(diǎn)數(shù)(S)為每種群6～24個(gè)(表4),單倍型數(shù)(Ht)為5～14個(gè),單倍型多樣性(Hd)為0.449～0.983,平均核苷酸差異數(shù)(K)為1.865～6.625,核苷酸多樣性(π)為0.003 53～0.012 52。武漢種群的多態(tài)位點(diǎn)數(shù)量最多(24個(gè)),單倍型多樣性(Hd)最高(0.983),單倍型數(shù)量(Ht)也最多(14個(gè))。同時(shí),武漢和銀川種群表現(xiàn)出較高的單倍型多樣性(Hd)分別為0.983、0.894、核苷酸多樣性(π)分別為0.012 52、0.008 05和平均核苷酸差異數(shù)(K)分別為6.625、4.258。通過分析COⅠ標(biāo)記的遺傳多樣性參數(shù),可以看出蚜蟲兩兩種群之間存在著明顯的多態(tài)性差異,武漢和銀川種群的遺傳多樣性較高。

表4 荻草谷網(wǎng)蚜的COⅠ、gnd和trpA遺傳多樣性指數(shù)1)Table 4 Genetic diversity indices of Sitobion miscanthi based on COⅠ,gnd and trpA

gnd序列的遺傳多樣性分析表明,6個(gè)種群的序列多態(tài)位點(diǎn)數(shù)(S)為10～17個(gè),單倍型數(shù)(Ht)為2～5個(gè)(表4)。銀川顯示出最高的單倍型多樣性(Hd)為0.569、核苷酸多樣性(π)為0.006 5和平均核苷酸差異數(shù)(K)為5.01。昆明和銀川顯示出大量的突變位點(diǎn)(S)共計(jì)17個(gè)。該分子標(biāo)記含有大量可變位點(diǎn),但單倍型的數(shù)量很少。

trpA序列的遺傳多樣性分析表明,6個(gè)種群的序列多態(tài)位點(diǎn)數(shù)(S)為2～9個(gè)(表4),單倍型數(shù)(Ht)為2～9個(gè)。單倍型多樣性(Hd)為0.082～0.71,核苷酸多樣性(π)為0.000 8～0.01,平均核苷酸差異數(shù)(K)為0.125～1.177。武漢種群的多態(tài)位點(diǎn)數(shù)量最多，有9個(gè),銀川種群的單倍型最多。銀川和武漢種群遺傳多樣性較高,蘇州種群遺傳多樣性較低。

2.2 種群間遺傳結(jié)構(gòu)

基于COⅠ的成對(duì)分化指數(shù)FST值在0.115 79～0.903 54的范圍內(nèi)(表5)。大多數(shù)成對(duì)分化指數(shù)FST大于0.25,表明種群高度分化。然而,武漢種群與廊坊種群表現(xiàn)出中等程度的遺傳分化(FST=0.115 79)。武漢與蘇州種群和泰安種群分別表現(xiàn)出較高的遺傳分化,其FST值分別為0.240 64、0.152 21。

表5 基于COⅠ線粒體基因的荻草谷網(wǎng)蚜種群的成對(duì)分化指數(shù)FSTTable 5 Pairwise FST values of Sitobion miscanthi populations based on the mitochondrial gene COⅠ

基于gnd基因的成對(duì)FST在0.000 75～0.701 48的范圍內(nèi)(表6)。蘇州與廊坊種群間也表現(xiàn)出中等程度的遺傳分化(FST=0.139 61)。蘇州種群與武漢(FST=0.169 93)、昆明(FST=0.178 49)和泰安(FST=0.206 63)3個(gè)種群間都表現(xiàn)出較高的遺傳分化。銀川種群與武漢、昆明、泰安、廊坊等5個(gè)種群分別表現(xiàn)出高度的遺傳分化(FST值分別為0.701 48、0.436 82、0.381 06、0.376 63和0.475 21)。廊坊種群分別與武漢、昆明和泰安種群幾乎沒有遺傳分化(FST分別為0.024 22、0.010 05和0.000 75)。泰安種群與武漢、昆明種群幾乎沒有遺傳分化(FST分別為0.012 09、0.003 40)。武漢和昆明種群之間也幾乎沒有表現(xiàn)出遺傳分化(FST=0.010 76)。

表6 基于gnd基因的荻草谷網(wǎng)蚜種群的成對(duì)分化指數(shù)FSTTable 6 Pairwise FST values of Sitobion miscanthi populations based on the mitochondrial gene gnd

基于trpA基因的成對(duì)FST值范圍為0.013 25～0.464 79(表7)。部分成對(duì)FST小于0.05,表明種群之間幾乎沒有遺傳分化。銀川種群與蘇州和昆明種群的遺傳分化程度很高(FST分別為0.464 79、0.304 75),與武漢、泰安和廊坊種群的遺傳分化指數(shù)FST分別為0.159 70、0.210 46、0.180 28。蘇州與廊坊種群之間也表現(xiàn)出較高的遺傳分化(FST=0.190 97)。蘇州種群與武漢、泰安兩種群的成對(duì)FST值表現(xiàn)出中等程度的遺傳分化(FST分別為0.130 79、0.120 19)。

表7 基于trpA基因的荻草谷網(wǎng)蚜種群的成對(duì)分化指數(shù)FSTTable 7 Pairwise FST values of Sitobion miscanthi populations based on the mitochondrial gene trpA

SAMOVA對(duì)線粒體基因(COⅠ)和初級(jí)共生菌gnd和trpA分子標(biāo)記的分析結(jié)果顯示:COⅠ基因的分析結(jié)果如(圖1a)所示,即當(dāng)K=3時(shí),FCT顯著升高且達(dá)到最大值(FCT=0.364,P<0.001)。K=3時(shí),銀川和廊坊為第一組;蘇州為第二組;剩余的3個(gè)種群為第三組。

圖1 基于COⅠ (a)、gnd (b)和trpA (c)分子標(biāo)記的遺傳分化指數(shù)(F)隨著分組組數(shù)(K)的變化Fig.1 Changes of genetic differentiation indices with K values by SAMOVA analysis based on COⅠ (a),gnd (b),and trpA (c) markers

gnd基因的分析如圖1b所示,FCT值從K=2到5呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。K=3時(shí),銀川為第一組;蘇州為第二組;剩余的4個(gè)種群為第三組。

trpA基因的分析如圖1c所示,FCT值從K=2到5呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。K=3時(shí),銀川為第一組;蘇州為第二組;剩余的4個(gè)種群為第三組。該結(jié)果與gnd基因的劃分結(jié)果一致。

結(jié)合以上3個(gè)基因單獨(dú)劃分的SAMOVA結(jié)果,我們采用K=3作為劃分種群最佳分組數(shù)量。盡管這些群體并沒有產(chǎn)生完全相同的群組劃分,但蘇州和銀川種群與其他4個(gè)種群不同。

總之,通過對(duì)3個(gè)基因片段在兩兩種群間成對(duì)分化指數(shù)的分析顯示結(jié)果和SAMOVA的分析結(jié)果基本一致,即荻草谷網(wǎng)蚜在蘇州、銀川以及其他種群3個(gè)不同區(qū)域間存在著明顯的遺傳分化,同時(shí)各個(gè)區(qū)域內(nèi)部存在著較為頻繁的基因交流。

2.3 單倍型系統(tǒng)發(fā)生

使用鄰接法構(gòu)建了荻草谷網(wǎng)蚜的3個(gè)分子標(biāo)記單倍型的系統(tǒng)發(fā)育樹。每個(gè)進(jìn)化樹選擇同屬蚜蟲苦苣無網(wǎng)蚜Acyrthosiphonlactucae、藍(lán)苜蓿蚜Acyrthosiphonkondoi等相關(guān)序列作為外群。

線粒體單倍型序列的聚類分析表明,H33(昆明)與其他單倍型存在差異(圖2)。其他種群間并無明顯分化。在這些確定的單倍型中,有28個(gè)是特有的。3個(gè)單倍型(H2、H13和H23)分布最廣,分別占總數(shù)的8.86%、39.24%和6.33%。蘇州種群有特有單倍型H29、H30、H31。H23包含蘇州和武漢種群的個(gè)體。

對(duì)gnd單倍型序列的聚類分析表明,該系統(tǒng)發(fā)育樹明顯分為兩大簇,其中H1和H5成一簇,其余單倍型成另一簇。泰安種群有獨(dú)有單倍型H5,銀川種群有特有單倍型H3和H4。單倍型H6包含昆明和銀川種群個(gè)體。單倍型H1和H2包含所有種群的個(gè)體。

trpA單倍型系統(tǒng)發(fā)育樹也分為兩大簇。銀川種群有最多種的稀有單倍型H13、H14、H15、H16、H17、H18。只有廊坊種群沒有特有單倍型。單倍型H8包含武漢,泰安和銀川種群個(gè)體。蘇州種群有特有單倍型H19。單倍型H1和H2的個(gè)體分布于各個(gè)種群中。

圖2 基于COⅠ (a)、gnd (b)和trpA (c)的荻草谷網(wǎng)蚜單倍型的鄰接系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.2 Neighbor-joining phylogenetic trees of the haplotypes of Sitobion miscanthi from China based on COⅠ (a),gnd (b),and trpA (c)

2.4 單倍型網(wǎng)絡(luò)圖

線粒體基因COⅠ單倍型網(wǎng)絡(luò)圖顯示,33個(gè)單倍型分為兩組(圖3a)。高頻單倍型為H2、H13和H23,代表了大多數(shù)的單倍型,這3種單倍型可能是祖先單倍型。H13包含的個(gè)體數(shù)最多,有31個(gè),分布于武漢和泰安兩個(gè)種群中。H12和H13間的遺傳差異較小。H2和H23分別包含7個(gè)和5個(gè)個(gè)體,其他30個(gè)單倍型包含的個(gè)體數(shù)在1～4個(gè),有28個(gè)只包含1個(gè)個(gè)體的稀有單倍型。剩余的稀有單倍型位于網(wǎng)絡(luò)圖的邊緣和連接處,并通過突變與祖先單倍型相連接。大多數(shù)稀有單倍型通過一個(gè)或多個(gè)突變與祖先單倍型相關(guān)聯(lián),少數(shù)則通過祖先單倍型的多次連續(xù)突變獲得。一些單倍型缺失,可能是由于采樣不足導(dǎo)致缺少預(yù)期的單倍型?；蛘哂捎谶M(jìn)化,在此期間某些單倍型可能從現(xiàn)存的種群中消亡。泰安和武漢種群分別具有種類最多的稀有單倍型。gnd基因單倍型網(wǎng)絡(luò)圖(圖3b)是一個(gè)以單倍型H1和H2為中心的小型網(wǎng)絡(luò)圖。其余的單倍型都是稀有單倍型。trpA基因單倍型形成的網(wǎng)絡(luò)圖(圖3c)顯示H1和H2單倍型位于網(wǎng)絡(luò)圖的中間,以這兩個(gè)單倍型為中心形成了2個(gè)大型星形放射狀子網(wǎng)絡(luò)。剩余的稀有單倍型通過突變連接到H1或H2,并位于網(wǎng)絡(luò)圖的邊緣。

2.5 歷史種群動(dòng)態(tài)

在分析種群的歷史動(dòng)態(tài)時(shí),通常使用中性檢驗(yàn)和錯(cuò)配分析。中性檢驗(yàn)分析使用參數(shù)值來確定種群是穩(wěn)定種群還是最近經(jīng)過擴(kuò)張形成的種群。理論上,在一個(gè)穩(wěn)定的種群中,Fu’sFs和Tajima’sD的值接近于0;顯著的負(fù)值表示種群突然擴(kuò)張;顯著的正值表明種群可能已經(jīng)分化,導(dǎo)致形成亞種群,或者種群經(jīng)歷了瓶頸事件。在本試驗(yàn)中,COⅠ和trpA基因的Fu’sFs值為-1.622 74和-1.203 26,顯示顯著的負(fù)值,表明種群經(jīng)歷了擴(kuò)張。

3 結(jié)論與討論

荻草谷網(wǎng)蚜的主動(dòng)遷飛能力有限,但可以憑借風(fēng)力等多種途徑傳播。傳統(tǒng)的標(biāo)記回收法可用于確定大型昆蟲的遷飛及遷飛途徑[23],但蚜蟲個(gè)體小,不易回收,因此傳統(tǒng)的化學(xué)染料標(biāo)記難以實(shí)現(xiàn)。

圖3 基于COⅠ(a)、gnd (b) 和 trpA (c) 的中國(guó)荻草谷網(wǎng)蚜單倍型網(wǎng)絡(luò)Fig.3 Haplotype network of Sitobion miscanthi from China based on COⅠ (a),gnd (b),and trpA (c)

近年來對(duì)昆蟲遷飛路徑的研究表明,分子生物學(xué)技術(shù)是一種分析物種擴(kuò)散傳播的有力手段[24]。Yang等使用COⅠ基因等標(biāo)記揭示了小菜蛾P(guān)lutellaxylostella(Linnaeus)在中國(guó)從長(zhǎng)江中下游遷飛至中國(guó)北方,最終抵達(dá)東北[25]。徐昭煥等利用COⅠ基因等標(biāo)記研究了中國(guó)17個(gè)地理種群的荻草谷網(wǎng)蚜,推測(cè)具有不同單倍型的南方蟲源會(huì)在初春遷飛至北方[10]。Prabhulinga等利用線粒體COⅠ基因?qū)τ《?2個(gè)地區(qū)的棉花上的煙粉虱Bemisiatabaci(Gennadius)進(jìn)行了遺傳多樣性和地理學(xué)結(jié)構(gòu)的分析,證實(shí)了印度的煙粉虱是按地理距離隔離的[26]。同時(shí),蚜蟲的初級(jí)共生菌對(duì)寄主的分布和進(jìn)化有著深遠(yuǎn)的影響,因此也有研究將初級(jí)共生菌基因作為候選基因標(biāo)記。Zhang等利用蚜蟲初級(jí)共生菌B.aphidicola的atpAGD基因?qū)?個(gè)中國(guó)漆樹癭蚜Schlechtendaliachinensis不同地理種群進(jìn)行了遺傳多樣性分析,結(jié)果表明atpAGD基因的16個(gè)單倍型被劃分為被長(zhǎng)江分隔的南北進(jìn)化枝,推測(cè)當(dāng)代遺傳結(jié)構(gòu)很可能受到歷史地質(zhì)事件的影響[27]。因此蚜蟲初級(jí)共生菌基因可以被用來研究蚜蟲不同種群間遺傳多樣性差異。

本研究以線粒體COⅠ基因與初級(jí)共生菌B.aphidicola的2個(gè)單拷貝基因gnd和trpA分析了6個(gè)荻草谷網(wǎng)蚜不同地理種群(銀川、蘇州、武漢、昆明、泰安、廊坊)遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)。SAMOVA分析結(jié)果表明,6個(gè)不同地理種群可分為3組,分別為第一組銀川種群,第二組蘇州種群和第三組其他種群(武漢、昆明、泰安、廊坊種群),組間存在顯著的遺傳差異。同時(shí),線粒體和初級(jí)共生菌基因的遺傳結(jié)構(gòu)分析結(jié)果幾乎保持一致,表明初級(jí)共生菌在研究蚜蟲種群的遺傳結(jié)構(gòu)和多樣性方面具有潛在意義。本試驗(yàn)中的Fu’sFs和Tajima’sD中性檢驗(yàn)的結(jié)果呈負(fù)值,表明我國(guó)的荻草谷網(wǎng)蚜種群在歷史上經(jīng)歷了明顯地種群擴(kuò)張過程。

進(jìn)一步的系統(tǒng)發(fā)育分析顯示,第三組內(nèi)的武漢、昆明、泰安和廊坊4個(gè)種群幾乎包含了所有單倍型種類,表明這4地的種群之間存在著頻繁的基因交流。而銀川種群和蘇州種群中亦有與這4地相同的單倍型,其中銀川種群和泰安種群間有相同的稀有單倍型,蘇州種群和武漢種群也有相同的稀有單倍型。3組之間存在著基因交流。我們由此推測(cè)在4、5月份正值黃淮海麥區(qū)小麥的灌漿期,且東南季風(fēng)盛行的情況下,銀川種群遷入了外來蟲源。而在9、10月份伴隨著西北季風(fēng),蘇州種群也遷入了長(zhǎng)江中下游麥區(qū)的外來蟲源[28]。這與董慶周等的研究提出銀川存在外來蟲源,并存在遠(yuǎn)距離遷飛現(xiàn)象的結(jié)論一致[8]。楊素欽等在研究荻草谷網(wǎng)蚜的蟲源地時(shí)也指出我國(guó)0℃等溫線以北的山西、河北、山東大部分地區(qū)以及北京、天津等地的荻草谷網(wǎng)蚜可能是由河南省南部、江蘇和安徽省北部及其以南地區(qū)遷入[29]。本試驗(yàn)的荻草谷網(wǎng)蚜群組劃分與Wang等的研究結(jié)果[30]也基本一致。因此,相比于傳統(tǒng)的研究昆蟲遷飛的方法,利用分子標(biāo)記可以更加方便和快速地研究昆蟲種群遺傳多樣性及推測(cè)擴(kuò)散路徑。此外,本研究表明初級(jí)共生菌Buchnera的兩個(gè)單拷貝基因gnd與trpA可以作為研究蚜蟲種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)的分子標(biāo)記。進(jìn)一步證明了昆蟲共生菌相關(guān)基因可作為新型分子標(biāo)記,并且可與傳統(tǒng)的線粒體COⅠ基因等在研究中相互佐證。

綜上所述,本文基于線粒體基因和共生菌基因,探明了中國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)荻草谷網(wǎng)蚜6個(gè)不同地理種群遺傳多樣性,研究結(jié)果為麥蚜遷飛途徑及蟲源關(guān)系的預(yù)測(cè)提供了分子生態(tài)學(xué)技術(shù)手段,具有較強(qiáng)的理論意義。