寄主型和迁飞型棉蚜在交配行为、mtDNA与共生菌相关基因上的分化

论文摘要

南京地区的棉蚜种群在寄主利用和迁飞能力上存在明显的分化。在寄主利用上可分为棉花型和瓜型,在迁飞能力上可分为迁飞型和滞留型。但是,棉蚜种群的寄主型和迁飞型产生的分子机理,尚无定论。本文对南京地区迁飞型和寄主型棉蚜的不同品系的交配行为、mtDNA的COⅠ和COⅡ基因以及内共生菌Buchnera相关基因的序列变异、以及Buchnera共生菌的数量等方面进行了研究,以期探讨寄主型和迁飞型棉蚜产生的分子基础,取得了以下主要结果：（1）对南京地区棉花型、瓜型、迁飞型和滞留型棉蚜,在低温短光照条件（18℃,L:D=8:16）下进行性蚜诱导,比较分析了棉花型和瓜型之间,以及迁飞型和滞留型之间性蚜的交配行为。结果表明,迁飞型棉蚜在诱导条件下容易产生有性世代,产生雄性蚜和雌性蚜的时间要比滞留型棉蚜早5天左右。迁飞型和滞留型棉蚜的性蚜间可以发生交配行为,但同型交配的效率要高于异型交配,具体表现为迁飞型自交的寻偶时间显著地短于正交（M（?）×S（?））和反交（S（?）×M（?））,但与滞留型自交时的时间无显著差异。迁飞型M（?）和滞留型S（?）杂交时的交配持续时间显著长于两者自交时的时间。棉花型和瓜型的性蚜间可以发生交配行为,且杂交时的寻偶时间与交配持续时间在正交（Cu（?）×Co（?））和反交（Co（?）×Cu（?））中均无显著差异。（2）测定了棉蚜不同品系mtDNA基因序列上的变异,结果发现,室内孤雌饲养七年的棉花型和瓜型棉蚜,以及从棉花和黄瓜田间采集的自然棉蚜均未发生COⅠ序列上的变异,但在2008年和2010年选育出的迁飞型棉蚜种群中均检测到了2个COⅠ序列的突变位点,在2008年的滞留型棉蚜的一个个体中检测到1个COⅠ序列的突变位点,但在2010年的滞留型棉蚜中没有再次检测到。在mtDNA水平上,南京地区的棉蚜存在四种单倍型H1,H2,H3和H4,并且棉花型、瓜型、迁飞型和滞留型棉蚜还均共享着同一单倍型H4。系统发育分析显示,南京地区棉蚜种群可划分为三个支系,支系一由COⅠ序列没有发生突变的个体所组成,其夏寄主为棉花、瓜类或木槿,该支系个体占绝大多数；支系二和支系三的COⅠ序列均发生了一个碱基的突变,并且均由冬寄主上营异寄主生活史的迁飞型所组成,且个体数量相对较少。棉花型、瓜型、迁飞型和滞留型棉蚜在Leu-tRNA/COⅠⅠ序列上未发生变异。发生了COⅠ位点突变的与没有突变的迁飞型棉蚜在净增殖率R0、平均寿命T及内禀增长率rm上均没表现出显著差异,COⅠ序列的变异与棉蚜的生态适应性没有直接相关性。（3）选取迁飞型棉蚜发生COⅠ变异的H3单倍型M-H3、未发生变异的H4单倍型M-H4、滞留型棉蚜S、室外棉花上棉蚜Cow、室外黄瓜上棉蚜Cuw以及室内棉花型棉蚜Co和瓜型棉蚜Cu等7个品系,测定了其内共生菌Buchnera的1euA基因分化程度。结果显示,瓜型棉蚜的两个群体（Cu和Cuw）发生了该基因序列上的一个碱基的突变,而棉花型、迁飞型和滞留型间没有突变发生。系统发育分析显示,瓜型棉蚜的两个群体处于同一分支,其它品系为另一分支,棉花型和瓜型棉蚜寄主利用能力的分化与其内共生菌有关。（4）研究了以上7个品系棉蚜Buchnera的trpEG基因分化程度及Buchnera在棉蚜不同品系内的含量。结果显示,在黄瓜上取食的瓜型棉蚜与在棉花上取食的棉花型、迁飞型和滞留型棉蚜在trpEG上有着两个碱基的差异。系统发育分析显示,在黄瓜上生活的棉蚜聚为一支,其它生活在棉花上的品系聚为一支。对Buchnera进行定量PCR发现,瓜型棉蚜体内Buchnera菌含量显著高于其它品系。由此说明原生共生菌与棉蚜的寄主专化型的形成有一定关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 蚜虫的年生活史及其影响因子
• 1.1 蚜虫年生活史的类型
• 1.2 影响蚜虫年生活史的因子
• 1.3 蚜虫的有性世代
• 2 蚜虫种群的寄主利用
• 3 蚜虫的MTDNA
• 4 蚜虫的共生菌
• 4.1 蚜虫共生菌的种类与特点
• 4.2 蚜虫共生菌的作用
• 5 本研究的内容与意义
• 第二章 寄主型和迁飞型棉蚜种群在有性世代交配行为上的分化
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.1.1 供试植物
• 1.1.2 供试棉蚜
• 1.2 性蚜诱导及杂交方法
• 1.2.1 性蚜诱导方法
• 1.2.2 四品系棉蚜的杂交实验方法
• 1.3 数据分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 各品系棉蚜在诱导后代中产生雄蚜和雌性蚜的时间
• 2.2 迁飞型和滞留型棉蚜的交配行为
• 2.3 棉花型棉蚜和瓜型棉蚜的交配行为
• 3 讨论
• 第三章 寄主型和迁飞型棉蚜种群在线粒体DNA的COⅠ和COⅡ基因序列上的分化
• 1 材料与方法
• 1.1 各品系棉蚜的采集与选育
• 1.2 主要实验仪器和试剂
• 1.2.1 实验仪器
• 1.2.2 实验试剂
• 1.3 不同品系棉蚜DNA的提取
• 1.4 扩增反应体系
• 1.5 不同品系棉蚜COⅠ与Leu-tRNA/COⅡ序列的测定与分析
• 1.6 COⅠ序列发生突变棉蚜的适合度测定
• 1.7 数据分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同品系棉蚜mtDNA基因的PCR扩增
• 2.2 不同品系棉蚜mtDNA的COⅠ和COⅡ基因的序列特征
• 2.3 不同品系棉蚜的遗传多样性与遗传分化
• 2.4 不同品系棉蚜的聚类与分子进化树
• 2.5 不同单倍型棉蚜的适合度
• 3 讨论
• 第四章 寄主型和迁飞型棉蚜种群在BUCHNERA内共生菌LEUA基因序列上的分化
• 1 材料与方法
• 1.1 不同品系棉蚜的筛选
• 1.2 主要实验仪器和试剂
• 1.3 不同品系棉蚜总DNA的提取与leuA基因的扩增
• 1.4 不同品系棉蚜leuA基因序列的测定
• 1.4.1 PCR产物的纯化
• 1.4.2 PCR产物的连接和转化
• 1.5 数据分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 寄主型和迁飞型棉蚜leuA基因的PCR扩增与测序
• 2.2 寄主型和迁飞型棉蚜基于leuA序列的系统发育分析
• 3 讨论
• 第五章 寄主型和迁飞型棉蚜种群在内共生菌BUCHNERA TRPEG基因序列上的分化
• 1 材料与方法
• 1.1 供试棉蚜品系
• 1.2 不同品系棉蚜总DNA的提取与trpEG基因的扩增
• 1.3 不同品系棉蚜trpEG基因序列的测定与分析
• 1.4 不同品系棉蚜Buchnera菌的定量PCR分析
• 2 结果与分析
• 2.1 寄主型和迁飞型棉蚜共生菌trpEG基因的PCR扩增与测序
• 2.2 基于共生菌trpEG序列的寄主型和迁飞型棉蚜系统发育分析
• 2.3 Buchnera菌在不同品系棉蚜种群中的定量PCR分析
• 3 讨论
• 第六章 全文主要结论
• 1 主要结论
• 2 主要创新点
• 参考文献
• 致谢