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[硕士论文] 王曼曼
农业昆虫与害虫防治 南京农业大学 2015(学位年度)
摘要:灰飞虱[Laodelphax striatellus(Fallén)]属半翅目,飞虱科,是一种非常重要的农业害虫。在世界上分布范围广泛。灰飞虱在我国各地均有分布,能够本地越冬,因此一般认为是本地虫源。
  本研究通过利用一段1368bp的线粒体DNA片段(包括769bp的COⅠ和599bp的COⅡ),对我国22个地理种群的灰飞虱进行种群遗传学的分析,这22个种群的地理位置分布在四个气候带中(中温带:moderate temperatezone(MT),暖温带:warmtemperatezone(WT),亚热带北部:northern subtropicalzone(NS),亚热带南部:southernsubtropicalzone(SS))。初步研究结果如下:
  (1)种群遗传多样性:整体上,我国灰飞虱种群的遗传多样性较好,但东北地区的灰飞虱种群多样性较差;在中温带地区(MT)的灰飞虱个体其单倍型多样性Hd及核苷酸多样性π均显著低于暖温带地区(WT)、亚热带南部地区(SS)、亚热带北部地区(NS)这三个温区的灰飞虱个体。此外,亚热带南部SS个体的核苷酸多样性低于暖温带地区WT和亚热带北部地区NS个体。
  (2)种群分化指数FST:种群分化指数FST在-0.078到0.442之间,平均值是0.075。从中温带到其余三个温区之间种群的FST平均值是0.176,相比较其他温区之间,种群分化指数FST较低,平均值只有0.016。主成分分析PCoA显示来自中温带地区的6个地理种群牡丹江、哈尔滨10、哈尔滨12、双吉、延吉11和延吉12与其他地理种群是显著分化的。
  (3)在1323个样本中,共发现107个单倍型,贝叶斯聚类及单倍型网络分支图均显示,107个单倍型很明显的分为两个单倍群,HGⅠ和HGⅡ,这两个单倍型的频率随着地理位置非随机分布。总体上,HGⅠ所占的频率(61.3%)比HGⅡ所占的频率(38.7%)要高,且在中温带地区占有绝对的优势。
  对于这种线粒体单倍型随环境出现非随机分布的现象,我们认为温度是形成灰飞虱线粒体DNA单倍型分布的主要原因,研究也发现线粒体单倍型HGⅠ的频率与冬季平均最低温度显著相关,单倍型HGⅠ在中温带具有显著频率优势的原因可能是由于HGⅠ比HGⅡ个体更能适应低温环境。
  为探索不同单倍型灰飞虱的抗寒性差异,对相同种群不同单倍型灰飞虱四龄若虫进行-1℃,2h处理后,测其冷冻昏迷恢复时间。结果发现,单倍型HGⅠ灰飞虱的个体低温冷冻昏迷后比HGⅡ单倍型个体恢复的快,说明HGⅠ这种单倍型灰飞虱的抗寒性较强。
  本研究比较了两种单倍型灰飞虱个体的线粒体COⅠ基因的相对拷贝数和低温处理前后雌虫线粒体DNA上编码蛋白的12个基因的相对表达量,结果发现:
  1)常温下,HGⅠ这种单倍型灰飞虱体内COⅠ基因的拷贝数明显多于HGⅡ单倍型灰飞虱个体。
  2)在-1℃低温放置2h后,HGⅠ单倍型灰飞虱雌虫个体与对照组相比,其12个线粒体基因表达量都是上升的,而对于HGⅡ这种单倍型灰飞虱雌虫个体来说,在低温-1℃放置2h后,nd1,nd2,nd3,nd4这四个编码NADH脱氢酶亚基的基因的表达量出现下降,其他基因的表达量都高于对照组。
  3)对照组中HGⅡ单倍型线粒体基因表达量都高于单倍型HGⅠ,但差异不显著;低温处理后,HGⅡ单倍型灰飞虱个体线粒体基因只有atp6,atp8,nd6基因表达量高于单倍型HGⅠ,而其余9个基因表达量都低于HGⅠ单倍型灰飞虱个体,其中cox2,nd1,nd2,nd4,nd5基因表达量显著降低。
  对HGⅠ,HGⅡ两种单倍型灰飞虱个体线粒体的全基因组进行测序及分析,结果发现,在ND2(第341个碱基),ND5(第277个碱基)和CYTB(第691个碱基)这三个基因上发生了非同义突变。用treeSAAP软件对系统发生过程中ND2,ND5,CYTB这三个线粒体基因序列进行适应性选择分析,结果发现这三个点突变带来的氨基酸的很多理化性质的改变等级在6-8级之间,说明这三个位点在进化过程中可能发生了适应性进化。
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