不同尺度农业景观特征对二化螟群体遗传结构的影响

论文摘要

本研究以前人筛选的16对二化螟微卫星引物为基础,通过扩增这些微卫星位点（microsatellite loci）,采用遗传变异参数分析方法、遗传差异来源分析（AMOVA）方法、成对遗传分化值（pairwise FSTS）的计算和分析方法、STRUCTURE贝叶斯聚类分析以及因果模型分析（CAUSAL MODELLING analysis）方法,分别对采自武夷山小尺度景观区域内15个样点和福建省大尺度景观区域内21个样点的二化螟群体,进行系统而深入的景观遗传学研究,得到以下结果和结论：1武夷山农业景观特征对二化螟群体遗传结构的影响1)遗传多样性的量度本研究中16对引物共扩增了299个等位基因,这些位点在该区域的二化螟群体中大部分均表现出明显的遗传变异,其中CS248位点有最高的多样性水平和变异程度,而CS20位点的多样性水平和变异程度则最低,但其多态性水平已足够用于本实验的分析。武夷山小尺度景观区域中15个样点的二化螟群体,等位基因数、等位基因丰富度和期望杂合度均表现出大小不等的水平；位于最高海拔的样点LB-a的二化螟群体表现出最低的遗传多样性水平和更简单的遗传背景,而位于较低海拔的农业综合开发项目区附近的几个样点,如LE-c和LG-b,有最高的遗传多样性水平；所以,在该区域内海拔高度差异会影响二化螟群体间的遗传结构和基因交流。2)群体遗传结构及其基因遗传单元分析研究结果表明,在武夷山小尺度景观区域内,对二化螟群体的基因交流产生显著阻碍作用的因素是山体和地理距离；同时,土地利用状况和海拔高度差异也会对二化螟群体的基因交流和遗传结构产生一定的影响；而河流（九曲溪）不会对其两侧二化螟群体间的基因交流产生明显的阻碍作用。2福建省农业景观特征对二化螟群体遗传结构的影响1)遗传多样性的量度本研究中16对引物共扩增了386个等位基因,这些位点在该研究区域的化螟群体中的情况基本与武夷山小尺度研究区域内的类似,大部分有明显的遗传变异,其中CS248位点有最高的多样性水平和变异程度,而CS20和CS1这两个个位点的多样性水平和变异程度则相对较低,但其多态性水平也已足够用于本实验的分析。全省21个样点的二化螟群体,等位基因数、等位基因丰富度和期望杂合度均表现出大小不等的水平；样点SW、TN、NH、YX、DS、XP的二化螟群体表现出较低的遗传多样性水平和较简单的遗传背景,而样点WY、JO、HJ、JJ.cT上的二化螟群体则表现出较高的遗传多样性水平和较复杂的遗传结构；结合这些样点的景观特征分析（年平均温度分布图和气候区划图）,样点SW、TN、NH处于较低温度区,样点YX、DS处于较高温度区,而样点JO、HJ、JJ、CT处于中温区。由此可见,在大尺度研究区域内,年平均温度等气候特征影响二化螟群体基因交流和遗传结构2)群体遗传结构及其基因遗传单元分析研究结果表明,在该区域内,对其间二化螟群体的基因交流产生一定阻碍作用的因素是农业气候特征差异、地貌特征差异。其中,在农业气候因素方面,对二化螟群体的基因交流和遗传结构产生影响的因素是年平均温度、年霜日数和相对湿度的差异,其他三个因素（10℃积温、10℃天数、年降雨量）的差异不会对其间二化螟群体的基因交流和遗传结构差生显著影响；而在地貌特征方面,对二化螟群体的基因交流和遗传结构产生影响的因素是土地利用状况和海拔高度的差异,其他两个因素（闽东-闽中-闽西的地形变化、沿海-山地地形变化）的差异不会对二化螟群体基因交流和遗传结构产生显著影响。同时,在该大尺度研究区域内,山体的存在也会对其两侧的二化螟群体的基因交流产生阻碍作用但不显著；而自然地理特征差异、人口密度差异、地理距离不会对二化螟群体的基因交流和遗传结构产生影响。两个空间尺度下的二化螟群体景观遗传学分析表明：二化螟群体在不同的空间尺度下都有较高的遗传多样性和变异性；景观环境要素对二化螟群体遗传结构有塑造作用、影响着其种群进化历程,其中小尺度景观中二化螟的遗传多样性、结构和基因交流主要受海拔高度、土地利用和山体的隔离作用影响；大尺度景观中二化螟的遗传多样性、结构和基因交流主要受年平均温度、霜日等气候特征以及土地利用和地形的影响；而这些信息的获得,一方面可以丰富和扩展景观遗传学的研究,另一方面可以为二化螟的综合治理提供新的思路、理论基础和突破口。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 水稻害虫的危害性
• 1.2 景观多样性与害虫生态控制
• 1.3 景观遗传学概述
• 1.4 二化螟的景观遗传学研究
• 第二章 武夷山农业景观特征对二化螟群体遗传结构的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 研究区域的选择
• 2.1.2 田间采样
• 2.1.3 武夷山研究区域的农业景观格局分析
• 2.1.4 二化螟群体遗传结构及其基因遗传单元分析
• 2.1.4.1 DNA的提取及其质量检测
• 2.1.4.2 PCR反应
• 2.1.4.3 数据分析
• 2.1.4.4 分析软件
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 群体遗传多样性的量度
• 2.2.2 群体遗传结构及其基因遗传单元分析
• 2.2.2.1 差异来源分析（AMOVA）
• ST^S)'>2.2.2.2 遗传距离的度量：群体遗传分化指数(F_ST^S)
• 2.2.2.3 STRUCTURE Bayesian聚类分析
• 2.2.2.4 因果模型分析（CAUSAL MODELLING analysis）
• 2.3 小结与讨论
• 第三章 福建省农业景观特征对二化螟群体遗传结构的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 研究区域的选择
• 3.1.2 田间采样
• 3.1.3 福建省研究区域的农业景观格局分析
• 3.1.4 二化螟群体遗传结构及其基因遗传单元分析
• 3.1.4.1 DNA的提取及其质量检测
• 3.1.4.2 PCR反应
• 3.1.4.3 数据分析
• 3.1.4.4 分析软件
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 群体遗传多样性的量度
• 3.2.2 群体遗传结构及其基因遗传单元分析
• 3.2.2.1 差异来源分析（AMOVA）
• 3.2.2.2 遗传距离的度量：群体遗传分化指数（FSTs）
• 3.2.2.3 STRUCTURE Bayesian聚类分析
• 3.2.2.4 因果模型分析（CAUSAL MODELLING analysis）
• 3.3 小结与讨论
• 第四章 总结与讨论
• 4.1 武夷山（小尺度）农业景观特征对二化螟群体遗传结构的影响
• 4.1.1 山体和地理距离在二化螟群体迁移和基因交流中的阻碍作用
• 4.1.2 土地利用状况和海拔高度差异对二化螟群体遗传结构的影响
• 4.1.3 河流（九曲溪）对二化螟群体基因交流和遗传结构的影响
• 4.2 福建省（大尺度）农业景观特征对二化螟群体遗传结构的影响
• 4.2.1 气候特征差异对二化螟群体基因交流和遗传结构的影响
• 4.2.2 地貌特征差异对二化螟群体基因交流和遗传结构的影响
• 4.3 农业景观特征对二化螟群体遗传结构的影响
• 4.4 本研究的创新之处
• 4.5 本研究存在的问题和进一步研究的建议
• 4.5.1 存在的问题
• 4.5.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 附录Ⅰ 武夷山和福建省研究区域组合模型的假设检验
• 附录Ⅱ 二化螟16个微卫星位点在一些样本上的基因分型截图
• 附录Ⅲ 武夷山和福建省研究区域反映景观要素特征的图形汇总
• 致谢