基于线粒体基因标记的我国苹果蠹蛾遗传多样性与入侵来源分析

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苹果蠹蛾(Cydia pomonella)是一种重要的果树害虫,其寄主包括苹果、梨、桃、樱桃、杏以及核桃等,目前广泛分布于世界各地的苹果种植区,每年都给世界果品产业造成巨大的损失。我国于1957年首次报道了苹果蠹蛾在新疆的分布,目前该虫已扩散至新疆全境、甘肃河西走廊地区、宁夏中卫、内蒙古阿拉善盟及黑龙江东南部地区。本研究从我国苹果蠹蛾疫区(新疆、甘肃、黑龙江)采集了20个苹果蠹蛾种群,并搜集了奥地利、白俄罗斯、德国、意大利、以色列、南非、瑞士、英国和美国的9个苹果蠹蛾种群,利用3个线粒体基因(COI、COII和Cytb),对29个苹果蠹蛾的种群遗传学进行了研究。对29个苹果蠹蛾种群的3个线粒体基因序列的碱基组成、变异位点、核苷酸及单倍型多样性等进行分析,分析苹果蠹蛾入侵到我国不同地区后的种群遗传多样性特点,探讨引起产生这些遗传多样性变化和遗传分化的可能原因,分析不同地区种群的可能入侵来源,对于制定符合我国苹果蠹蛾情况的综合治理策略具有重要的指导意义。结果与结论如下:(1)测定了中国苹果蠹蛾疫区的20个种群及9个国外种群共483个个体的3个线粒体基因(COI、COII和Cytb),其中,COI基因片段为435bp,27个多态位点,18个简约信息位点,9个单一多态位点;COII基因片段为660bp,43个多态位点,31个简约信息位点,12个单一多态位点;Cytb基因片段为710bp,54个多态位点,简约信息位点30个,单一多态位点24个。所有序列没有插入和缺失,变异位点占序列长度的比例依次为6.2%(COI)、6.3%(COII)和7.6%(Cytb),并且三个基因都表现出碱基偏倚性,A+T含量明显高于G+C含量,符合昆虫线粒体DNA碱基组成。(2)三个线粒体基因在29个种群中有142个单倍型,包括42个COI基因的单倍型,44个COII基因的单倍型和56个Cytb基因的单倍型。COI基因种群间共享单倍型为13个,COII基因种群间共享单倍型为16个,Cytb基因种群间共享单倍型为13个。COI基因的单倍型H11分布于21个种群的169个个体,单倍型H3分布于9个种群的48个个体;COII基因的单倍型H2分布于22个种群的172个个体,单倍型H7分布于15个种群的45个个体;Cytb基因的单倍型H5分布于22个种群的153个个体,单倍型在种群间分布不平衡,种群间出现频率高的单倍型是原始单倍型。(3)COI基因整体单倍型多样性(Hd)和核苷酸多样性(π)分别为0.824,0.00794;COII基因的Hd和π分别为0.822,0.00541;Cytb基因的Hd和π分别为0.814,0.00615,表明整体的遗传多样性较高。国外种群的整体单倍型多样性为0.862-0.909,总体核苷酸多样性范围为0.00810-0.01021;国内种群中黑龙江群体的单倍型多样性为0.726-0.896,核苷酸多样性范围为0.00448-0.00583;新疆群体的单倍型多样性为0.441-0.693,核苷酸多样性范围为0.00105-0.00473;甘肃群体的单倍型多样性为0.549-0.684,核苷酸多样性为0.00203-0.00668。结果显示,国外群体的遗传多样性最高,黑龙江群体的次之,新疆和甘肃群体均较低。新疆和甘肃苹果蠹蛾群体低的遗传多样性可能是在入侵过程中经历了奠基者效应,而黑龙江较高的遗传多样性可能是其较短的入侵历史造成,也可能为多重入侵的结果。(4)单倍型发育树分析表明,三个基因的单倍型系统发育树均分为两大枝(A、B),各单倍型在系统树上散乱分布,无明显的地理分布格局。虽然单倍型明显分为两大支,但是低的步长值显示分支内单倍型间的分化很小。除MDJ种群的1个单倍型分布于分支B外,国内的所有单倍型都分布于分支A。(5)分子方差分析结果显示,国外、黑龙江、新疆和甘肃苹果蠹蛾的组间、组内种群间和种群内个体间均有明显的遗传分化。人为扩散对种群分化有重要影响,而弱的飞行能力限制了苹果蠹蛾种群间的基因交流,促进了种群间遗传分化的形成。(6)单倍型组成分析显示,COI基因的7个单倍型(H1、H2、H3、H4、H8、H11),COII基因的6个单倍型(H2、H7、H8、H13、H14、H22)和Cytb基因的5个单倍型(H5、H12、H17、H24、H29)是欧洲种群与中国种群间共享,显示欧洲是中国苹果蠹蛾的入侵来源。甘肃种群中COI基因的4个单倍型(H2、H4、H11、H35)、COII基因的3单倍型(H2、H7、H40)和Cytb基因的3个单倍型(H5、H45、H47)均与新疆共享,该结果表明,甘肃的苹果蠹蛾可能是由新疆传入。黑龙江群体COI基因的3个单倍型(H29、H30、H31)和COII基因的4个单倍型(H29、H30、H32、H33)均是黑龙江群体内共享单倍型,而且一些单倍型只在黑龙江群体出现,推测黑龙江种群可能是多重入侵。
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