基于线粒体基因对苹果蠹蛾和梨小食心虫不同地理种群遗传结构的研究

发布时间：2017-04-07 18:10

  本文关键词：基于线粒体基因对苹果蠹蛾和梨小食心虫不同地理种群遗传结构的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：苹果蠹蛾Cydia pomonella和梨小食心虫Grapholita molesta (Busck)均属鳞翅目Lepidoptera,卷蛾科Tortricidae,其分布范围广,经济危害重,是果树种植区的重要害虫。苹果蠹蛾和梨小食心虫的寄主较多,食性较杂,分布范围广,其发生范围与寄主之间和环境的相互作用对其本身种群的遗传结构有着重要的影响作用,使其可能发生较强的遗传变异,增加了防治的难度,降低了防治效果。苹果蠹蛾的快速扩散和梨小食心虫的分布范围增加,严重威胁水果产业的经济收入。了解苹果蠹蛾和梨小食心虫不同地理种群的遗传结构,分析各个种群间的亲缘关系,预测其扩散途径,探讨分化的成因等研究工作已刻不容缓,其研究结果可对苹果蠹蛾的更大范围的扩散和梨小食心虫对果树的危害提供理论依据,更为有效的指导预测预报和防治工作。 本研究对苹果蠹蛾和梨小食心虫进行不同地理种群遗传结构的研究,采用扩增线粒体DNA基因片断,运用系统发育分析方法、谱系生物地理学方法及相关遗传参数分析和生物信息软件的使用,分别对采自我国10个不同地区的苹果蠹蛾和16个不同地区的梨小食心虫种群进行系统而深入的比较研究。本研究获得以下结论： 1.分别扩增我国10个不同地区的苹果蠹蛾和16个不同地区的梨小食心虫的线粒体DNACOI和COⅡ基因、COⅡ和ND5基因片断。在CO Ⅰ和COⅡ基因中,共获得并向GenBank提交注册了33个单倍型,其中,CO Ⅰ16个单倍型,COⅡ17个。 2.基于线粒体DNA序列获得的遗传多样性数据：苹果蠹蛾遗传变异度较低,CO Ⅰ和CO Ⅱ基因的平均核酸多样度(π%)分别为0.01%和0.04%,变异位点占序列长度的比例分别为6.2%和7.6%。梨小食心虫的COⅡ和ND5基因的遗传变异度要高于苹果蠹蛾,其平均核酸多样度(π%)分别为0.035%和0.26%,变异位点占序列长度的比例分别为21.7%和52.3%。种群间的分化参数苹果蠹蛾Fst值在0.09108-0.60303之间,部分地理种群间的Fst值为零；梨小食心虫的Fst值在0.0205-0.9762之间。结果表明,苹果蠹蛾各地理种群间基因交流频繁,仅有新疆种群和东北种群出现遗传分化,而梨小食心虫的不同地理种群间遗传分化表现明显。 3.结合线粒体DNA序列构建的MP树及4个基因的单倍型网状图分析可知：苹果蠹蛾各地地理种群间分化程度不明显；梨小食心虫分化程度明显,有三个分支遗传结构。山脉、河流等地理位置的隔离,使梨小食心虫的发生代数与其所在的归属大的地理区域划分相一致,如华北地区、东北地区、华中地区和西北地区等。 4. Tajima'sD和Fu’s F的中性检验表明：苹果蠹蛾Tajima'sD均为负值且差异不显著,表明苹果蠹蛾整体上在进化上遵循中性模型,但不同地区Tajima'sD正负值均有。Fu’sF值既有负值也出现正值,达到差异水平(P0.02)。梨小食心虫Tajima'sD既有负值也有正值,Fu’sF值为正值,差异显著表明不同地理间遗传分化明显。结合气候和历史环境因素考虑,推测苹果蠹蛾发生种群扩张,种群在逐年扩大；梨小食心虫是本地种,错配分布图明显显示,梨小食心虫有着复杂的群体扩张,其不同地理种群间种群分化明显。 5.纬度与地理距离、种群遗传多样性和经度的相关性分析表明：苹果蠹蛾遗传距离(p-Distance)与地理距离(Geographic distance)间的相关系数低且不显著相关(r=0.0852,P=0.1049),对所有种群的单倍型多样度与采样地经度进行回归分析时,二者之间有着明显的负相关(R2=0.663)。结合以上遗传多样性、单倍型网状图和MP树进一步分析,单倍型多样度随着经度的增加而逐渐减小。单倍型多样度和经度的相关性分析显示,新疆和东北地区与苹果蠹蛾起源地关系密切,其传播过程明显表现为从西向东的扩散过程和入侵趋势。梨小食心虫核酸多样度与纬度之间的二次相关分析显示显著的正相关(r=0.5350,P=0.3274),遗传距离和地理距离呈负相关(r=0.052,P=0.021)。结合遗传参数、单倍型网状图和MP进化树推测,梨小食心虫的扩张过程为由东向西,再由西向北的表现形式,即黑龙江—新疆—山东,再由新疆—河北—内蒙古或黑龙江—安徽—山东。 本研究所得的苹果蠹蛾和梨小食心虫有效种群(effective population size)较小,距离最近的种群间基因交流有限以及很强的地理距离隔离关系等结果表明苹果蠹蛾和梨小食心虫处于遗传平衡状态。苹果蠹蛾黑龙江种群整体和新疆种群存在遗传分化,可能是远距离隔离和对东北的低温,自然选择的适应性所造成的。梨小食心虫不同地理种群间遗传分化程度明显很可能是迁移-漂变平衡的结果。 6.根据2.3%／1百万年的分子变异率,依据3个基因计算的合并时间(种群扩张时间),苹果蠹蛾的扩张时间大约是120000年前,梨小食心虫的扩张时间大约是275000年前。遗传数据表明梨小食心虫是我国的本地种,气候或地质的改变影响了梨小食心虫及其寄主的分布,因其对各地理区域不同的气候和寄主的适应,而形成了遗传结构雏形和明显的遗传分化。苹果蠹蛾入侵中国前后,全球的气候呈现变暖趋势,寄主的丰富,为其扩散提供了适宜的环境条件和食物条件。
【关键词】：苹果蠹蛾 梨小食心虫 谱系生物地理学 线粒体DNA 单倍型 系统发育
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S436.6
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 前言10-20
• 1.1 线粒体DNA概述10-13
• 1.1.1 动物线粒体基因组的结构及基因成分10-11
• 1.1.2 昆虫线粒体基因组的结构及基因成分11
• 1.1.3 昆虫线粒体基因的特点及其在分类学上的作用11-12
• 1.1.4 线粒体基因在分类及系统发育的研究应用12-13
• 1.2 种群遗传多样性的理论根据和方法13-17
• 1.2.1 种群遗传多样性的理论的理论根据13-14
• 1.2.2 种群遗传多样性变化的影响因素14-15
• 1.2.3 研究种群遗传多样性的技术和方法15-17
• 1.3 食心虫的发生和为害17-18
• 1.4 本论文的研究目的和意义18-19
• 1.5 技术路线19-20
• 第二章 基于线粒体基因对苹果蠹蛾种群遗传结构的研究20-46
• 2.1 苹果蠹蛾概述20-24
• 2.1.1 苹果蠹蛾的分布和为害20
• 2.1.2 苹果蠹蛾的种群生物学20-21
• 2.1.3 苹果蠹蛾的地理分布及其物候学21-22
• 2.1.4 苹果蠹蛾的寄主与其扩散22
• 2.1.5 苹果蠹蛾的遗传多样性研究22-23
• 2.1.6 苹果蠹蛾的防治23-24
• 2.2 材料和方法24-33
• 2.2.1 材料24-26
• 2.2.2 主要试剂26
• (1) PCR试剂26
• (2) 纯化试剂26
• 2.2.3 主要仪器和耗材26-27
• 2.2.4 实验方法和试剂的配置27-28
• 2.2.5 样品(苹果蠹蛾和梨小食心虫)基因组DNA的提取28-29
• 2.2.6 PCR反应29-31
• 2.2.7 数据分析31-32
• 2.2.8 生物信息学-分析软件的使用32-33
• 2.3 种群遗传结构分析33
• 2.3.1 基因多样性和遗传结构分析33
• 2.3.2 单倍型系统发育分析33
• 2.4 结果33-44
• 2.4.1 提取基因组总DNA及mtDNAPCR扩增产物检测33-34
• 2.4.2 遗传多态性分析34
• 2.4.3 单倍型系统发育和聚类分析34-39
• 2.4.4 种群单倍型多样度和经度间及种群遗传距离和地理距离间的相关性分析39-41
• 2.4.5 群口演化历史分析41-44
• 2.5 结论与讨论44-46
• 第三章 基于线粒体基因对梨小食心虫种群遗传结构的研究46-67
• 3.1 梨小食心虫概述46-49
• 3.1.1 梨小食心虫的分类地位和为害46
• 3.1.2 梨小食心虫的生物学46-47
• 3.1.3 梨小食心虫的地理分布及物候情况47
• 3.1.4 梨小食心虫种群遗传多样性研究47-48
• 3.1.5 梨小食心虫的防治措施48-49
• 3.2 材料和方法49-53
• 3.2.1 材料49-52
• 3.2.2 方法52
• 3.2.3 PCR反应52-53
• 3.2.4 数据分析53
• 3.3 结果53-65
• 3.3.1 提取基因组总DNA及线粒体DNAPCR扩增产物检测53-54
• 3.3.2 遗传多态性分析54
• 3.3.3 单倍型系统发育和聚类分析54-58
• 3.3.4 种群遗传多样性和遗传距离与种群地理距离之间的相关性分析58-61
• 3.3.5 群口历史演化分析61-65
• 3.4 结论与讨论65-67
• 第四章 苹果蠹蛾和梨小食心虫遗传结构的比较研究67-70
• 4.1 苹果蠹蛾和梨小食心虫基因序列信息比较67
• 4.2 苹果蠹蛾和梨小食心虫的遗传变异参数比较67-68
• 4.3 苹果蠹蛾和梨小食心虫的中性检验和基因分化比较68
• 4.4 推测苹果蠹蛾和梨小食心虫的进化关系68-70
• 第五章 结论与展望70-73
• 5.1 结论70-72
• 5.1.1 基因序列信息分析70
• 5.1.2 单倍型网状图、MP树及相关性分析70-72
• 5.2 展望72
• 5.3 本研究的创新之处72
• 5.4 今后的工作72-73
• 参考文献73-84
• 致谢84-86
• 附录Ⅰ GENBANK登录序列86-88
• 个人简介88-89

【参考文献】

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本文编号：291021