中国麦长管蚜的种群分化

论文摘要

麦长管蚜Sitobion avenae （Fabricius）是我国小麦上的重要害虫之一,以刺吸式口器取食小麦汁液导致小麦产量和品质降低;并可传播大麦黄矮病（BYDV）,分泌蜜露遮盖叶片影响光合作用,严重威胁着小麦生产。由于麦长管蚜分布范围广,生活史复杂,生存环境多样且具有迁飞性,使得其种群分化情况比较复杂。为了更准确了解我国麦长管蚜的种群分化,本文从三个方面对其不同地理种群进行研究。首先利用室内苗期接虫法和田间成株期自然感蚜法,进行麦长管蚜生物型分化的研究,探明麦长管蚜致害生物型及分布,为抗源选择、抗性育种组合设计、抗性品种推广和合理布局的提供依据;其次采用生物学方法,研究麦长管蚜传播BYDV-PAV是否具有株系专化性及我国麦长管蚜不同地理种群的对BYDV的传播能力,为把握BYDV的流行规律提供依据;最后采用DNA测序的手段对不同地理种群的麦长管蚜进行线粒体DNA基因片段的测定和分析,以期从分子水平上探明不同地区麦长管蚜种群的遗传变异,探索各地麦长管蚜种群在数量及空间上的内在联系,为制定综合防治策略提供科学依据。主要研究结果如下:1麦长管蚜生物型的分化（1）采用室内苗期接虫法,鉴定12个小麦品种（系）对14个不同地理种群麦长管蚜室内群体和个体的抗性。结果表明,对于同一个地理种群,小麦抗性品种（系）间的着蚜量存在显著差异;同一小麦品种上的蚜量,在不同地理种群间差异较大。根据小麦品种（系）上蚜量比值的不同划分其抗感性,发现中4无芒,KOK,晋麦31,北京837,铭贤169和红芒红对各地理种群的群体和个体（克隆）的抗感性表现相同,而其他7小麦品种（系）（Amigo,丰产3号,中4无芒,JP1,L1,885479-2和小白冬麦）对不同地区的麦长管蚜群体或个体的抗感性存在差异。说明我国麦长管蚜产生了生物型分化,并形成多个生物型。以上述7个小麦品种系对麦长管蚜的抗感性反应为依据,可以把麦长管蚜不同地理种群的群体和个体划分为5个生物型,命名为EGA I,EGA II,EGA III,EGA IV和EGA V。同一个地理种群的群体和个体（克隆）的生物型有的相同,有的不同。（2）12个小麦品种（系）对5个地区麦长管蚜田间种群的抗性鉴定,结果表明小麦品种（系）对不同地区麦长管蚜田间自然种群的抗性存在差异。对于部分种群,12个品种（系）在两生育期的抗性趋势一致,仅同一品种（系）的抗感性程度有差异,说明本文中建立的室内苗期抗麦长管蚜评价体系是可靠的。2麦长管蚜对大麦黄矮病传毒能力的分析（1）本文所用BYDV采自比利时,通过RT-PCR扩增BYDV-CP基因片段,经测序,得到序列信息准确的片段530bp。构建本文中所用BYDV-PAV比利时株系与其他8个已知BYDV-PAV株系CP基因序列的NJ系统发育树,发现本文中所用BYDV-PAV株系与瑞典株系（BYDV-PAV-Swedish）亲缘关系最近,而BYDV-PAV中国株系（BYDV-PAV-CN）与其他株系亲缘关系较远。（2）利用薄膜饲毒法,以小麦TOISON d’OR为检测植物,对麦长管蚜14个地理种群的传毒效率进行检测,发现所测中国麦长管蚜种群均可传播BYDV-PAV比利时株系,其平均传毒效率为42.06%,传毒效率变化范围是24.42%-66.67%,推测麦长管蚜对BYDV-PAV传播不存在株系专化性。单因素方差分析显示不同种群之间传毒效率存在显著差异（df = 13, MS= 0.02, F = 9.81, P < 0.0001）。HSD检测表明长江中下游各种群与云南红河种群间的传毒效率没有差异;北方个种群与西北各种群间也没有差异,而北方和西北各种群的传毒效率比长江中下游种群的高。3麦长管蚜种群遗传多样性研究（1）为分析我国麦长管蚜不同地理种群的遗传变异情况,对17个地理种群269头麦长管蚜的线粒体细胞色素C氧化酶亚基I （mtDNA-COI）基因片段进行测序分析。588bp的mtDNA-COI基因片段共发现15个可变位点,其中包含11个T/C转换位点, 1个G/A转换位点, 1个A/C颠换位点, 1个T/A颠换位点和1个转换颠换位点。序列中A+T含量（76.6 %）明显高于C+G含量（23.4%）,与其他蚜虫线粒体基因组高AT,低GC的规律一致。（2）在麦长管蚜17个地理种群中,共观测到mtDNA-COI基因片段的16种单倍型。单倍型多样度与核苷酸多样度在不同种群间存在差异,大部分北方种群的单倍型多样度和核苷酸多样度高于南方种群。单倍型间序列分歧度为0.2%–1.7%。单倍型的系统发育树和网络关系图显示单倍型没有按地理分布形成特别明显的族群,而且多数单倍型都是相互紧密联系的。这表明各地理种群间的遗传分化程度还是比较低的。（3）遗传分化系数Fst与基因流数值显示除云南红河,四川江油,新疆石河子和陕西宝鸡种群外,其他多数种群间差异不显著。麦长管蚜mtDNA-COI序列的遗传差异AMOVA分析发现,在整个遗传变异中,来源于群体间的差异占18.91%,来源于群体内变异占81.09%,大部分变异来自种群内部。（4） mtDNA-COI基因核酸错配分布及中性检验,显示核苷酸错配分布表现为双峰形式,Tajima’s D与Fu’s Fs中性检验均不显著（p>0.05）,说明我国麦长管蚜种群在过去没有出现群体扩张和持续增长模式,群体大小保持稳定。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 害虫生物型
• 1.1.1 害虫生物型的概念
• 1.1.2 害虫生物型的形成机制
• 1.1.3 蚜虫生物型研究现状
• 1.2 麦蚜与大麦黄矮病毒的关系
• 1.2.1 大麦黄矮病毒生物学特征
• 1.2.2 蚜虫循回型（circulative）传毒的分子机制
• 1.2.3 蚜虫种内传毒效率差异研究
• 1.3 蚜虫种群遗传多样性
• 1.3.1 蚜虫种群遗传多样性的影响因素
• 1.3.2 蚜虫种群遗传多样性的分子基础
• 1.3.3 分子系统学研究中常用的分子标记
• 1.4 立题依据
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 虫源
• 2.1.2 供试小麦品种（系）
• 2.1.3 病毒
• 2.2 主要试剂
• 2.3 主要仪器设备
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 室内苗期抗蚜性鉴定方法
• 2.4.2 田间成株期抗蚜性鉴定方法
• 2.4.3 总RNA 的提取步骤
• 2.4.4 RT-PCR 扩增及测序分析
• 2.4.5 传毒效率的检测方法
• 2.4.6 蚜虫总基因组DNA 的提取步骤
• 2.4.7 PCR 引物、反应体系及步骤
• 2.4.8 PCR 扩增产物检测及测序
• 2.4.9 麦长管蚜mtDNA-COI 基因序列分析方法
• 3 结果与分析
• 3.1 麦长管蚜生物型研究的结果与分析
• 3.1.1 苗期室内抗蚜性鉴定
• 3.1.2 成株期田间抗蚜性鉴定
• 3.2 麦长管蚜对大麦黄矮病传毒能力分析的结果与分析
• 3.2.1 BYDV 病毒的鉴定
• 3.2.2 BYDV-PAV 株系的聚类分析
• 3.2.3 不同地理种群麦长管蚜传毒效率比较
• 3.3 麦长管蚜种群遗传多样性研究的结果与分析
• 3.3.1 总DNA 的提取
• 3.3.2 麦长管蚜mtDNA 基因核苷酸多态性及单倍型分析
• 3.3.3 麦长管蚜种群间的遗传分化与基因流
• 3.3.4 麦长管蚜群体遗传结构的分子方差分析
• 3.3.5 基于mtDNA-COI 基因的麦长管蚜群体结构演化分析
• 4 讨论
• 4.1 麦长管蚜生物型
• 4.1.1 麦长管蚜生物型鉴定标准
• 4.1.2 小麦抗蚜基因
• 4.1.3 中国麦长管蚜生物型的分化
• 4.2 不同地理种群麦长管蚜对大麦黄矮病传毒能力
• 4.2.1 BYDVs 与传播介体的专化性关系
• 4.2.2 不同地理种群蚜虫传毒能力的差异
• 4.3 麦长管蚜种群遗传多样性
• 4.3.1 麦长管蚜线粒体基因的遗传多样性
• 4.3.2 麦长管蚜群体遗传结构，遗传分化与基因流
• 4.3.3 麦长管蚜种群间的系统发育及群体演化
• 5 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文情况
• 博士学位论文内容简介及自评