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西花蓟马Frankliniella occidentalis(Pergande)属于缨翅目(Thysanoptera)、锥尾亚目(Terebrantia)、蓟马科(Thripidae)、花蓟马属(Frankliniella),是一种世界著名的危险性入侵害虫。西花蓟马起源于北美洲的的西部地区,最早记载于1895年。西花蓟马在中国最早于2000年在昆明国际花卉节上发现,近年来,其在云南、山东、黑龙江、辽宁等地被发现并局部暴发成灾。西花蓟马食性杂,可以通过刺吸植物引起直接危害和通过传播如嵌纹斑点病毒(impatiens necrotic spot virus(INSV))和番茄斑萎病毒(tomato spotted wilt virus(TSWV))引起间接危害,造成巨大的经济损失。为了防止西花蓟马在中国的进一步扩散,需要了解西花蓟马在中国的遗传组成和扩散路径。另外,既然西花蓟马在中国很多地方已经定殖,也需要了解西花蓟马定殖种群的遗传组成和数量的动态变化,从而对其进行有效的防治。花蓟马是同样属于花蓟马属(Frankliniella)的一种害虫。作为中国的本地种,其与西花蓟马形态相似、危害方式相同,并且常危害同一种寄主植物。因此,为了通过比较本地种花蓟马与入侵种西花蓟马的遗传组成可以揭示西花蓟马入侵成功的机制。 本研究主要利用微卫星和线粒体分子标记来研究西花蓟马的遗传组成,扩散路径和种群数量动态变化。由于可应用的西花蓟马微卫星位点较少,本研究首先利用直接从西花蓟马基因组中通过微卫星富集的方法和从西花蓟马表达序列标签(expressed sequence tags)库中开发微卫星。然后利用上述开发的微卫星和线粒体COI分子标记来研究西花蓟马的遗传多样性,遗传分化,扩散路径和种群动态,获得了以下的结论: 1)通过提取并纯化西花蓟马的总基因组DNA,然后利用限制性内切酶EcoRV和HindⅢ进行酶切、连接接头及抑制PCR扩增等步骤成功构建了西花蓟马微卫星富集文库。随后挑取376个阳性克隆成功测序,并设计了105对微卫星引物,最后成功获得8个多态性较好的微卫星位点。本研究是首次通过抑制PCR的方法构建西花蓟马的微卫星富集文库来开发微卫星,而通过此方法开发西花蓟马微卫星是可行的,但是若要是高通量开发微卫星位点的话,本方法比较费时。 2)本研究随后从西花蓟马的表达序列标签(expressed sequence tags)中来进行微卫星的开发。通过搜索共获得13839条EST序列,通过设计引物,检测引物多型和在3个种群中进行预扩增,共获得了18个微卫星。另外研究了这些新开发微卫星的变异模式,以便选择较合适的微卫星来进行西花蓟马种群遗传学的研究。本文也评价了这些位点在中国三个种群(哈尔滨,大理和贵阳)共96个个体中的遗传多样性。结果表明这些位点均具有较高的多型,每个位点的等位基因个数从2到15不等,平均为5.5个等位基因。表观杂合度(Ho)和期望杂合度(HE)分别为0.072到0.707和从0.089到0.851。另外,只有两个位点/种群组合(WFT144在大理和WFT50在贵阳)显著偏离哈德温伯格平衡(Hardy-Weinberg equilibrium;HWE)。三个种群总的遗传分化指数FST表现出了一个较小但显著的遗传分化(0.026<FST<0.032;P<0.001)。对以上新开发的所有微卫星等位基因测序显示,所有的等位基因均对应西花蓟马相应的EST序列。大多数等位基因表现出了一个复杂的变异模式。因此,这些新开发的微卫星可以作为比较好的分子标记,但是在应用的过程中要关注其变异模式。 3)本文随后利用从基因组中开发得到的8个微卫星和之前报道的两个微卫星位点以及线粒体COI基因研究了西花蓟马14个地理种群的种群结构和在中国的扩散路径。线粒体和微卫星分子标记均表示西花蓟马中国种群的遗传多样性均是显著低于其本地种群的遗传多样性。之前发现的两个隐种(或生态型)也在本研究中同时发现。这两种型在线粒体COI上的变异是3.3%,但是这两种型却不能被微卫星分子标记区分开。而这两种型之间的杂交可能导致这种线粒体和核基因的不一致的现象。另外,中国的种群表现出了较小但很显著的遗传分化(globalFST=0.043,P<0.001)。并且在中国的种群之间出现了显著的定向基因流基因流:从云南的3个地理种群(保山,大理和昆明)传向中国的其他地方。所以云南的3个地理种群可能是中国其他地方的虫源地,这也是一种桥头堡效应(bridgeheadeffect)。而这三个种群中较高的遗传多样性也证明了这种定向扩散的可能性。因此,在今后西花蓟马的防治中,应该阻止其从云南的3个种群向其他地方扩散。 4)虽然具有较低的遗传多样性,但是很多物种仍然可以成功入侵。但是新建立种群较低的遗传多样性可以限制它们的进化能力和适合度,从而会导致新建立种群在时间上会存在一个波动的现象。尽管如此,目前对入侵生物新建立种群的遗传组成的动态仍然不是很了解。本文利用线粒体COI基因和25个微卫星位点来研究了西花蓟马在入侵中国后多个种群的遗传组成和种群数量的动态变化。总体来讲,在两到三年的时间里,除了JQ种群,其他所有种群在遗传组成上均没有较大的波动,表现出在时间上的稳定性。另外,结果表明WFT124位点是经受自然选择的。而自然选择的力量可能是相对湿度或降雨量。以上结果表明西花蓟马的种群的遗传组成在时间尺度上是稳定的,而西花蓟马对栖息地的适应性可能导致了这种稳定性。本章结果对入侵生物的种群动态和导致这种动态的影响因素提供了一个新的观点。 5)本文利用线粒体COI基因分子标记研究了与西花蓟马同属的本地种花蓟马(Frankliniella intonsa Trybom)在中国26个种群的的遗传组成和遗传结构。结果显示,在中国共有48种花蓟马线粒体单倍型,其遗传多样性要远大于入侵种西花蓟马的多样性。并且距离较近的种群遗传分化较小,而距离大的种群之间遗传分化较大。另外,花蓟马不同的单倍型则生活在在不同的气候区域,表现出异域分布。本结果对花蓟马和西花蓟马的防治均起到了一定的指导意义。