我国梨小食心虫种群遗传结构及其形成机制

发布时间：2020-06-03 11:55

【摘要】：梨小食心虫Grapholita molesta(Busck),又名东方果蠹蛾、桃折梢虫,属鳞翅目Lepidoptera卷蛾科Tortricidae,是世界性重要的果树害虫之一。该虫分布广泛,在亚洲、澳大利亚、南美、北美、欧洲、南非等国家均有不同程度的发生;在我国除西藏外,其他各省均有报道,其中华北、华中和华南地区果园中发生严重。目前,国内外研究表明我国为梨小食心虫的起源地之一,虽有很多文章利用线粒体DNA或微卫星两个分子标记探索了梨小食心虫的种群遗传结构,但对种群结构形成的机制及影响因素尚不清楚。本研究利用双酶切简化基因组技术(double digest RAD,ddRAD)开发大量的单核苷酸多态性位点(single nucleotide polymorphisams,SNPs)进一步探索我国梨小食心虫的种群遗传结构和遗传多样性,并分析影响种群结构的因素及该虫对环境的适应性机制。主要研究结果如下:1、梨小食心虫ddRAD文库构建所需酶切组合的筛选由于梨小食心虫无参考基因组信息,无法直接利用电脑模拟的方式筛选最优酶切组合进行ddRAD文库的构建。因此,本研究首先对目前131种已知基因组的昆虫进行电脑模拟酶切,分析酶切以筛选最优酶切组合。选择了7种四碱基酶和1种六碱基酶,对26组酶组合的酶切长度范围为300~450 bp的片段数进行统计。结果表明,不同目或种的昆虫,不同双酶切组合之间的结果相似,即可以选用同一种最优的酶切组合构建ddRAD文库。且双酶切产生的含不同酶切粘性末端的片段数与昆虫基因组之间存在显著的正向线性关系。含有酶NlaIII或TaqαI的组合得到的300~450 bp的片段数量要多于其他组合,而含酶EcoRI或MluCI的组合得到的片段数最少;四碱基酶组合要优于四碱基酶加六碱基酶的组合。此外,分别选择了来自膜翅目Hymenoptera、鳞翅目Lepidoptera和缨翅目Thysanoptera的3种昆虫进行实验验证,其结果与电脑模拟结果一致。构建昆虫基因组ddRAD文库时,不同种昆虫可选择同种酶切组合,建议选择含NlaIII或TaqαI的四碱基酶的酶切组合。因此,本研究选用NlaIII+AciI构建梨小食心虫ddRAD文库。2、梨小食心虫种群遗传特征共采集了我国19个地区的梨小食心虫种群,选用NlaIII+AciI组合进行酶切构建了相应的ddRAD文库。基于对文库测序结果,共开发得到24267个SNPs,筛选出3219个无连锁的中性位点和3549个受选择位点。基于中性位点研究梨小食心虫的种群遗传结构及遗传多样性,分析表明种群之间的遗传分化明显,ADMIXTURE和DAPC的结果均将这19个地理种群划分为6个亚种群,包括云南(YN)、四川(SC)、东部和北部地区(NE)、西北地区(NW)、混合种群(MIX)以及广东广州(GD)。3、梨小食心虫种群结构的影响因素及形成机制首先分析了内共生菌Wolbachia对种群结构的影响,发现Wolbachia感染的个体主要分布于云南、四川等地区,而我国东部和北部沿海地区Wolbachia的感染率0。这种感染率在地理上的分布情况与基于核基因分析得到梨小食心虫的种群结构相似,但与线粒体单倍型结构不同,说明梨小食心虫内共生菌Wolbachia在随母系遗传的过程中并没有对其产生“选择性清扫”的作用。其次,进行了种群遗传距离与地理距离之间的相关性分析,发现19个种群之间存在明显的地理隔离,而NE群组种群间无明显的地理隔离。进一步分析NE群组得到种群间72个受选择位点,说明这6个种群在进化的过程中受到自然选择的压力。通过对与这些位点相连锁的基因进行功能分析,共富集到40个代谢通路,包括能量代谢、环境刺激调节、昆虫生长发育调控、细胞增殖分化调节等。最后,从WorldClim数据库下载19个地区的19个气候因子信息,分析与气候因子相关的位点,发现与BIO3(等温条件)相关的位点最多,为219个SNPs,表明我国梨小食心虫地理种群间的差异可能主要与不同地区的温度条件相关。本研究在阐明昆虫基因组双酶切特征的基础上,获得了可用于构建梨小食心虫ddRAD文库的双酶切组合,进而基于ddRAD技术开发SNPs标记,研究揭示了该虫在我国的种群遗传结构,并发现在我国Wolbachia没有随母系遗传对其种群结构产生“选择性清扫”作用,但地理隔离及地区不同的等温条件影响了其种群遗传结构的形成。本研究明确我国梨小食心虫的地理分布特征以及形成这种特征的原因,从而为了解该虫进化历史以及研究其他昆虫的种群遗传问题提供参考。
【学位授予单位】：西南林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S433.4

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