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蚜虫类属昆虫纲Insecta,同翅目Homoptera,是典型的寄生性昆虫,对寄主植物有严格的专化性,很多蚜虫有转移寄主、多态多型现象,大部分时期行孤雌生殖,其发生和演化,与寄主植物的发生和演化关系十分密切。
五倍子蚜是瘿绵蚜科Pemphigidae五节根蚜亚科Fordinae倍蚜族Melaphidini蚜虫,共有5属14种,它们寄生于漆树科盐肤木属Rhus 5种(包括2个变种)植物上,所形成的虫瘿一五倍子,是重要的医药和化工原料。五倍子蚜的分类主要是根据五倍子的外形、成熟期、致瘿蚜的生物生念学特性、形成位置以及对第一寄主较强的选择性等方面进行的研究,不同的五倍子蚜寄生于不同的寄主植物上形成不同的五倍子。目前对五倍子蚜的研究主要是对其生物学特性的研究,包括形态、生殖、生活史、生活习性、生念学特性、环境条件对它的影响等。五倍子蚜对食物的专化性更强,属异寄主全周期型,整个生活史经历性母成蚜、雌雄性蚜、干母、无翅干雌、有翅干雌(秋迁蚜)、侨蚜(春迁蚜)等虫型,其第一寄主树只有漆树科盐肽木属部分植物,冬寄主是提灯藓科部分种类,倍蚜虫生活史的不同时期除侨蚜在第二寄主藓上越冬外,其余均是在第一寄主上度过的,且与第一寄主的专化性较强,其中最重要的一种是寄生在盐肽木上的角倍蚜。五倍子蚜与寄主植物彼此之间这种强的适应性显示明显的协同进化过程,主要是基于生物生念和形态观察得到的结果,分子水平的协同进化研究还未见报道。
本研究从五倍子的主要分布区对应采集角倍蚜及其寄主植物盐肤木标本,采用ISSR标记技术对它们的种群遗传结构进行检测,同时分析其种群地理学结构,探讨二者之问的协同进化关系;以五倍子蚜mtDNA COII、Cytb基因以及GenBank获得的瘿绵蚜科(包括五倍子蚜)、扁蚜科和蚜科的部分种类相应序列、寄主盐肤木属种的叶绿体DNA ndh F基因和trn L-F区以及核糖体ITS区序列作为分子标记,分别构建五倍子蚜和寄主植物种之间的分子系统树,并进行比较分析,从分子水平上探讨它们之间的协同进化关系。
本研究获得以下主要结果:
1)角倍蚜和寄主植物ISSR扩增所筛选出的引物不完全一致,但用同一引物扩增出的角倍蚜和寄主盐肽木的条带大小和数量明显不同,均没有种群特异带出现。角倍蚜和寄主植物不同群体的个体之间的扩增谱带存在不同程度的差异,不同引物之间无论是条带的大小和数量均有较大的差异,差异的产生与种群及所使用的引物有关。
2)角倍蚜及其寄主植物在物种水平上,基因分化系数显示仅有20%左右的 遗传变异存在于种群间,种群内的变异较大,角倍蚜种群之间的变异相对寄主植物种群之间的变异较大。
3)根据地理区分,将角倍蚜及其寄主植物8个种群各分为两个组,AMOVA分析显示,种群内个体间的遗传多样度高于种群之间的遗传多样度,组内变异远高于组间变异。
4)将角倍蚜与寄主植物种群各自的8个种群构成的聚类结果不同,分簇明 显有差异。将彼此之间的聚类关系进行比对,检测两者之间的对应关系,显示角倍蚜种群与寄主植物种群之间没有直接的对应关系。
5)为了检测角倍蚜及其寄主植物不同种群之间遗传距离与地理距离之间的 相关关系,进行Mantel统计检验。结果说明,不论是角倍蚜还是寄主植物种群,其遗传距离与地理距离均不相关。
6)角倍蚜及寄主植物的遗传变异具有一致的变化趋势,基于Mantel统计检 验探讨角倍蚜及其寄主植物不同种群之间遗传距离之间的相关关系,检验结果显 示,它们之间也不具有相关性。
7)角倍蚜和寄主植物种群的总体分化程度相近(相近的Fst值),表明8个 角倍蚜种群和寄主植物种群具有相似的遗传结构,显示相似的基因流水平。
8)基于mtDNA基因部分序列建立的五倍予蚜部分种类分子系统进化关系 显示,角倍蚜与倍花蚜亲缘关系较近,与肚倍蚜相对较远,瘿绵蚜科、扁蚜科和 蚜科基本呈平行分布,该研究所用序列不足以将这几个科的关系很好的分开。
9)由GenBank下载五倍子蚜寄主植物种基因序列,建立寄主植物及相关物 种之间的系统进化关系,与五倍子蚜的系统进化关系进行比较。发现这几个五倍 子蚜与寄主植物之间的对应关系较强,显示明显的协同进化关系。