中国栎实象物种及遗传多样性研究

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouyu_yy
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栎属(Quercus)植物是壳斗科(Fagaceae)植物中分布最广、种类最多的类群,在我国南北各省均有分布,是重要的造林树种和景观树种,具有重要的经济价值和生态价值。因栎属植物种子个体较大、富含淀粉等营养物质,往往成为啮齿类动物、鸟类及节肢动物喜食的对象,其中栎实象(Curculio spp.)为栎属植物为害最重、发生面积最广的种实害虫,严重影响种子的命运及栎树林的天然更新。栎实象种类繁多,其幼虫个体形态相似,基于传统的形态学方法区分困难,给其生物学、综合防控技术的研究以及栎属资源的保护利用带来巨大挑战。本研究以我国栎属植物及其种子寄生象虫为研究对象,基于DNA Barcoding技术,综合线粒体基因与核基因遗传谱系,对我国栎实象的物种多样性、寄主特异性和各种群的遗传多样性进行了探讨;通过开发利用SNP分子标记,分析了典型栎实象种群——二斑栎实象(Curculio bimaculatus)的种群结构、遗传多样性和基因流水平。主要研究结果如下:(1)2019年8-10月种子雨期间在我国18个省份采集橡子,收集了栎属11种寄主植物的栎实象幼虫样本,对其中的520个样本的线粒体基因COI及核基因EF1-α进行测序分析,分别得到单倍型119个和193个。基于单倍型构建系统发育树的聚类结果显示,所有栎实象样本被划分为11个遗传枝系,各枝系间的遗传距离已达到物种差异水平。经同源性比对,鉴定出4种栎实象,分别是蒙栎象(C.sikkimensis)、柞栎象(C.dentipes)、二斑栎实象(C.bimaculatus)、麻栎象(C.robustus)。其余7个遗传枝系在系统发育树上未与任何用于建树的已知象虫物种聚类,由此推测我国可能存在多个未被描述的栎实象物种。(2)对栎实象各种群的遗传多样性分析发现,各种群具有较高的单倍型多样性和核苷酸多态性,整体上遗传分化明显,其中多数种群的遗传多样性受到地理隔离的影响。基于COI基因的种群动态分析发现,栎实象种群整体上处于一个群体扩张但不显著的阶段(COI:Tajimas’D=0.49,p>0.1;Fu’s Fs=0.90,p>0.1;EF1-α:Tajimas’D=-1.93,p>0.05;Fu’s Fs=-7.25,p>0.05),但近期没有发生过明显扩张,各种群状态相对稳定。对各种群的遗传变异分析表明,各枝系的不同地理种群间均存在较大分化(Fst>0.15),栎实象种群存在明显的地理隔离现象。(3)对栎实象各种群的寄主特异性分析发现,11个象虫种群中包括广食性象虫7种,专食性象虫4种,其中广食性象虫中最为典型的是二斑栎实象,在本研究的11种寄主植物中,其可取食7种,并且在所有象虫物种中寄主特异性最小。基于COI基因对各采样点的栎实象种类组成的研究发现,栎实象各种群的分布范围极不均衡,存在广域性种群8个,其中CladeⅩ(二斑栎实象)的分布最广,在本研究的18个采样点中分布于其中的10个采样点,狭域性种群3个,仅在一个采样点有分布。(4)基于简化基因组测序技术,对我国二斑栎实象群体的115个样本进行SNP数据挖掘,共计得到178467个SNP变异位点。基于SNP数据的种群结构分析表明,二斑栎实象群体内部存在3个亚群,可大致按地理区域划分为东南沿海和内陆两个大的类群。各种群间的遗传多样性差异明显,平均观测杂合度为0.0603~0.0729,平均期望杂合度为0.0459~0.208,各地理种群中江西(JX)种群具有最高的遗传多样性(Pi=0.2206),而在寄主种群中,槲树(HS)种群的遗传多样性最高(Pi=0.2108),各群体内部可能存在自交;基因流结果表明,江西和米槠(MZ)群体最先与其它群体分开,且与多个群体存在广泛的基因交流。
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