入侵扶桑绵粉蚧在我国的种群遗传结构与适应性遗传变异

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生物入侵的适应性进化对其成功定殖有重要的作用,但生物入侵对气候的适应性机制尚未明确。扶桑绵粉蚧Phenacoccus solenopsis,2008年在广东首次报道,现已成为我国重大植物检疫性有害生物,造成严重的经济损失。本研究基于SNP和微卫星分子标记,采集我国11个扶桑绵粉蚧地理种群研究其种群遗传结构和遗传多样性,在此基础上推测该虫在我国的入侵次数和基因组上的适应性遗传变异。主要研究结果如下:1、扶桑绵粉蚧微卫星位点开发和遗传多样性分析利用Illumina Hiseq 4000平台测定得到扶桑绵粉蚧基因组序列,总长为267.1 Mb,最长的scaffold长度为317.8 Kb,scaffold N50达到14.1 Kb。基因组完整度评估为89.6%。基于基因组序列,成功开发42对微卫星引物,其中2个位点为受选择位点,其余位点均为中性位点,新开发微卫星标记为扶桑绵粉蚧种群遗传学研究提供了基础。基于微卫星位点进行遗传多样性分析,每个位点的观测杂合度(HO)和期望杂合度(HE)范围为0.0-0.9和0.0-0.7,等位基因数最少为2个,最多为5个。等位基因丰富度(AR)的值在1.0到4.5不等,多样信息含量(PIC)范围为0.0-0.5。在江苏无锡种群中,PS3-S01和PS5-S34近交系数(FIS)较大。在江西赣州种群中,PS5-S20、PS3-S21和PS6-S44位点显著偏离哈迪-温格尔平衡(HWE)(P<0.05);在广东和江苏种群中,也有7个微卫星位点严重偏离HWE。共有13个位点出现连锁不平衡。2、扶桑绵粉蚧SNP分子标记开发和遗传多样性分析构建了扶桑绵粉蚧11个种群的双酶切简化基因组(double-digest RAD,ddRAD)文库。文库的测序深度均高于20倍,平均测序深度为37.2倍。每个个体与扶桑绵粉蚧基因组序列进行比对,平均比对率为95.1%。通过SNPs位点识别,共获得19,634个SNP位点,其中包括2,117个受选择位点和17,517个中性位点。基于SNP位点进行分析发现,扶桑绵粉蚧11个种群的观测杂合度均大于期望杂合度,近交系数(FIS)较小。核苷酸多样性(Pi)的值较小(0.1-0.3),多态性位点所占的比例(%poly)为0.0-0.2。3、扶桑绵粉蚧种群遗传结构和入侵次数分析。利用SNP位点进行遗传结构分析,发现种群间成对的Fst值均大于0.05(P<0.001),其中新疆种群(XJTL)与其它种群之间的Fst最高。ADMIXTURE种群聚类分析表明,最佳Delta K值为11。当K=11时,所有的种群独立成为一个簇。主成分分析表明新疆(XJTL)和福建(FJPT)聚类成两个单独的簇,其它9个种群为一个簇。系统发育树的结果显示湖南长沙(HNCS),湖南岳阳(HNYY),江西南昌(JXNC)和江西赣州(JXGZ)种群位于同一分支上,种群间的亲缘关系近,而新疆吐鲁番(XJTL)和安徽合肥(AHHF)亲缘关系最远。这说明扶桑绵粉蚧传入我国时间虽短,但在入侵过程中,种群间出现快速分化。基于微卫星标记的近贝叶斯ABC假设检验分析表明新疆种群来源于南方种群。4、扶桑绵粉蚧环境适应进化研究在新疆种群中,自有等位基因数量最丰富,但核苷酸多样性最低,与其他种群基因交流少。并且,利用受选择位点分析的新疆种群遗传结构和多样性与中性位点评估的结果一致。环境关联分析结果表明,气候因子对遗传变异的贡献率达到58.9%,而空间因子贡献率仅有13.1%。与BIO14(最干燥月份的降水)、BIO5(最热月的最高温度)和BIO9(最干燥季度的平均温度)相关的SNPs位点较多。对相关SNPs基因进行富集获得61条代谢通路,主要与发育,能量和解毒代谢相关。本研究基于SNP和微卫星分子标记,明确了扶桑绵粉蚧入侵我国后种群出现快速分化,种群结构明显,新疆种群来源于南方种群。扶桑绵粉蚧种群遗传多样性低,在适应进化中,受到自然选择。
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