蜡蚧科昆虫分子鉴定及其与扁角跳小蜂的协同系统发生关系研究

发布时间：2017-12-09 06:28

  本文关键词：蜡蚧科昆虫分子鉴定及其与扁角跳小蜂的协同系统发生关系研究

  更多相关文章： DNA条形码 扁角跳小蜂 蜡蚧 巢式PCR 协同系统发生关系

【摘要】：蜡蚧科Coccidae (Hemiptera:Coccoidea),也被称为软蚧,是蚧总科第三大科,包括169属1150种。蜡蚧科昆虫是一类具有严重经济危害的害虫,遍布世界各地,主要危害农作物和园林植物。然而,由于它们缺少易识别的形态特征,软蚧的鉴定一直相当困难。软蚧严重的经济危害和检疫上迫切的要求促使需要一种快速而可信的鉴定方法。DNA条形码(DNA barcoding)技术成为一个理想的快速准确鉴定软蚧的工具。在这篇论文中,DNA条形码技术被使用来鉴定软蚧,主要结果如下。(1)利用线粒体COI序列和核糖体28S序列准确鉴定采集自中国20个不同地点蜡蚧科蜡蚧属的六种蜡蚧：佛州龟蜡蚧Ceroplastes floridensis Comstock、日本龟蜡蚧C.japonicus Green、角蜡蚧C. ceriferus (Fabricius)、伪角蜡蚧C. pseudoceriferus Green、红蜡蚧C. rubens Maskell和昆明龟蜡蚧C. kunmingensis (Tang Xie)。低浓度的GC含量被发现在所有种类的COI数据中,平均值为20.4%。种间遗传距离(K2P)平均值为12.19%,而种内的平均差异只有0.42%。在COI邻接法构建的(NJ)树中,全部112个样本形成了6个清晰的单系分支。除了两个近缘种(角蜡蚧和伪角蜡蚧)在一个分枝上,依据28S数据构建的NJ树也展示了几乎一样的结果。(2)从36种常见软蚧中获得了340个个体样本的线粒体COI基因和核糖体28S基因序列。以基于距离的方法Distance-based methods包括Best Match和Automated Barcode Gap Discovery (ABGD)、基于树的方法tree-based methods、Klee diagrams以及general mixed Yule coalescent (GMYC)评估DNA条形码的鉴定成功率。Best match法展示了COI基因和28S基因的鉴定成功率分别达到了100%和95.52%。COI和28S基因的平均种间遗传距离分别为19.81%和20.38%。COI和28S基因的种内遗传距离分别为0.56%和0.07%。对于COl基因,多种方法(ABGD、Klee diagrams和基于树的方法)的分析结果与形态鉴定结果相同,只有GMYC分析法趋向于分出更多的分子操作分类单元(molecular operational taxonomic units, MOTUs)。此外,基于树的方法也证实了即使在低的基因变异情况下,28S基因也能用于区分蜡蚧科物种。(3)大多数球坚蚧属Eulecanium Cockerell (Hemiptera:Coccidae)蚧虫都是危害园林植物和果树的重要害虫。两个形态相似种(瘤坚大球坚蚧E. giganteum Shinji和皱大球蚧E. kuwanai Kanda)主要分布在中国,这两个种由于缺少易识别的形态特征是非常难鉴定的。利用线粒体COI和核糖体28S基因区分采自中国19个不同地点的这两个形态相似种。瘤坚大球坚蚧和皱大球蚧的种内K2P遗传距离分别为0.47%和0.32%,而种间的距离为7.23-8.34%。基于COl和28S序列构建的NJ树均展示了两个清晰没有重叠的分支。同时,Best Close Match分析结果反应了两个基因都有100%的鉴定成功率。这些研究表明基于线粒体CO1和核糖体28S基因的DNA条形码技术能有效的区分软蚧,并且为软蚧的分子鉴定提供了大量实用的例子。尤其在玻片标本缺失的情况下,利用DNA诊断技术鉴定蚧虫将是非常有效的。本篇论文也描述了一种利用巢式PCR法快速鉴定无花果蜡蚧C. rusci (Linnaeus)的方法。巢式PCR引物依据无花果蜡蚧和其它5种蜡蚧COI条形码区域设计。一条200bp条带从分属于7个地理种群的96个无花果蜡蚧的样本中成功扩增,而另5种蜡蚧(角蜡蚧、佛州龟蜡蚧、日本龟蜡蚧、伪角蜡蚧和红蜡蚧)并未扩增出该条带。敏感性实验表明当DNA模板浓度为1.5×10-5ng/ul时诊断条带仍能被观察到,而雌成虫、一龄若虫和卵的浓度分别为14.7 ng/μl,6.3 ng/μl和3.0ng/μl。研究表明了利用巢式PCR法能快速准确的诊断无花果蜡蚧,并且证实该方法在植物检疫工作中具有巨大的潜力。大量关于寄主与寄生物间协同系统发生关系的研究已经被报道,但是几乎没有相关报道聚焦于寄生蜂与昆虫寄主系统。高度的物种分化和寄主专化性经常被发现在扁角跳小蜂Anicetus species中,这暗示着在蚧虫寄主中也伴随着物种形成和相互的适应。这里,利用基于距离和树的方法(distance-based和tree-based methods)检验扁角跳小蜂-蚧虫体系的进化历史。总计94只扁角跳小蜂个体(9个种)和113只蚧虫个体(7个种)采集自中国14个省份。利用线粒体CO1基因和核糖体28S基因的DNA序列构建它们的系统发育树。基于距离法的分析展示了在扁角跳小蜂及其寄主间存在显著的拟合。而基于树结构的方法反应了只当寄主转移事件代价值被赋予很高时,才表现出显著拟合信号,暗示大量分选事件存在于寄主与寄生蜂的系统中。该研究基于大量的寄生蜂的饲养,为证实分选事件在该系统中是普遍存在提供了强有力的证据,同时为扁角跳小蜂寄生蚧虫的物种进化过程提供了新的视野。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S433

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