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麦长管蚜Sitobionavenae是一种世界性害虫，主要取食麦类作物及禾本科杂草。研究表明，麦长管蚜不同地理种群和不同寄主来源种群之间存在着一定的分化，说明该蚜具有分化出不同生物型的潜力。但目前对麦长管蚜不同寄主来源克隆之间遗传分化的研究还不是特别充分，关于该虫生物型分化和地理分布的研究极其有限，而该虫生物型分化的遗传基础和分子机制方面的研究更是空白。本研究使用微卫星分子标记技术对来自中国9个省份大麦和小麦上的麦长管蚜进行了基因型检测，同时使用不同小麦/大麦品种(系)对各基因型麦长管蚜进行了生物型的鉴定，并结合生态学、行为学、分子生物学和转录组学等方法对麦长管蚜生物型分化的遗传基础和分子机制进行了探究，主要研究结果如下：
1.微卫星分子标记分析结果显示，麦长管蚜不同地理种群之间的遗传多样性存在明显区别。基于基因多样性(Hs)、有效等位基因数(Ne)和Shannon指数(I)，江苏、湖北和青海省的麦长管蚜种群的遗传多样性较为丰富。分子方差分析(AMOVA)的结果显示不同地理种群之间存在显著的遗传分化。成对固定指数(FST)、主成分(PCoA)、NJ系统树和STURCTURE的分析结果也都显示我国西北省份(如青海、甘肃和新疆)和中东部省份(浙江、江苏、河南、安徽和湖北)的麦长管蚜种群之间存在较大的遗传结构差异。不同地区的麦长管蚜种群之间的基因流动也不明显。此外，麦长管蚜不同寄主克隆之间的遗传多样性存在较大的差异。大麦上麦长管蚜克隆的近交系数(FIS)明显高于小麦上克隆的近交系数。成对固定指数(FST)显示，江苏、安徽、甘肃、浙江和新疆不同寄主来源克隆之间存在着明显的遗传分化(FST分别为0.070、0.098、0.109、0.090和0.286)。主成分分析、NJ系统树和STURCTURE的分析结果也表明以上省份麦长管蚜小麦克隆和大麦克隆之间存在明显的遗传分化。
2.麦长管蚜生物型的鉴定：使用蚜量比值法，从25个大麦和33个小麦品种(系)筛选出了10种抗性品种(系)(中4无芒、郑麦366、186-TM12-34、盐2129引-56、肚里黄、驻大麦4号、早熟3号、藏青25、甘啤6号和西引2号)。根据麦长管蚜在5种抗性小麦/大麦品种(系)(中4无芒、186-TM12-34、肚里黄、早熟3号和西引2号)上的致害性，检测到6种麦长管蚜生物型，建立了基于这5个品种(系)的麦长管蚜生物型鉴定系统。该系统中所有品种(系)对生物型1均表现为抗性;生物型2能克服早熟3号的抗性，对其表现出较强的致害性;生物型3则能克服该系统中所有3个大麦品种(肚里黄、早熟3号和西引2号)的抗性;生物型4对小麦品系186-TM12-34的致害性较强;生物型5克服了早熟3号和西引2号的抗性;生物型6的特征是只有186-TM12-34对其表现为抗性。主成分(PCA)分析也清晰地显示出了不同生物型的寄主致害性差异。生物型1为该蚜的优势生物型(所占比例最高)。同时发现麦长管蚜生物型的地理分布不同，如生物型2只发生在陕西、青海、甘肃和新疆，生物型5和生物型6分别只在新疆和浙江被发现。
3.通过对各麦长管蚜生物型在不同小麦/大麦品种(系)上的生活史性状和致害性的比较，对该虫生物型的分化进行了验证。相比中4无芒、186-TM12-34、肚里黄、早熟3号和西引2号，生物型1在铭贤169、矮抗58和西农979上的若虫发育历期较短，成虫体重和10天产蚜量较大(寄主适合度高)。而生物型3在所有大麦品种(肚里黄、早熟3号和西引2号)上的寄主适合度比在小麦上的更高。此外，麦长管蚜生物型的鉴定结果在各生活史参数的主成分分析结果中也得到确认。同时使用选择试验检测了麦长管蚜生物型对不同寄主植物的选择行为。6h时，所有生物型对测试大麦品种的选择率均较高，大麦可能对各麦长管蚜生物型均不存在驱避抗性。除生物型6之外，其它生物型对中4无芒的选择率均较低，这表明生物型6同时克服了该品种的抗生性和驱避性，而中4无芒对其他生物型存在较强的驱避性。此外，生物型3对矮抗58，生物型3、5和6对186-TM12-34的选择率较低，这表明矮抗58和186-TM12-34分别对相应的生物型具有一定的驱避性。
4.取食行为(EPG)的结果表明，相比小麦矮抗58，麦长管蚜生物型1在大麦西引2号上的E2波(韧皮部被动取食波)时间显著减少，非刺探波(Np波)和刺探波(C波)的次数和时间明显增加;而生物型3在两种寄主植物上以上取食行为完全相反。这表明大麦品种西引2号对生物型1的抗性较高，而小麦品种矮抗58对生物型3的抗性更高。E2波时间的差异可能与两个生物型对大麦和小麦中特异次生物质的不同解毒能力有关。两个生物型在大麦和小麦上F波的次数和时间均无显著差异，这表明小麦品种矮抗58和大麦品种西引2号对麦长管蚜的物理抗性可能无明显区别。相比生物型3，转寄主后生物型1显示出了更高的取食行为和生活史性状的可塑性。生物型1和3的取食行为(如Np波次数)可塑性与其相对适合度分别存在显著正相关和负相关。表明生物型3对取食行为可塑性的维持可能需要付出较大的代价，而生物型1维持可塑性的代价可能较低。以上结果表明，该蚜取食行为和生活史性状的可塑性与其生物型分化可能存在密切的关联。
5.微卫星标记分析结果显示，基于有效等位基因数(Ne)和Shannon信息指数(I)等参数，生物型1在所有生物型中的遗传多样性最高，而生物型6遗传多样性最低。FST值表明该蚜生物型之间存在较高的遗传分化(如生物型1和3之间FST=0.157;生物型2和3之间FST=0.181)。PCoA和NJ系统树的分析结果也清晰地显示出了不同生物型之间遗传结构的差异。同时其中某些生物型(如生物型1和生物型2，以及生物型3和生物型6)之间存在着密切的遗传和进化关系。此外，不同麦长管蚜生物型之间的遗传分化关系与其在不同寄主植物上致害性表现相契合，这表明不同的麦长管蚜生物型通过微卫星等分子标记技术进行区分是可能的。使用16SrDNA特异PCR方法对6个麦长管蚜生物型体内的次级共生菌进行检测。不同生物型体内次级共生菌的组成和含量均存在差异。如U型共生菌Regiellainsecticola在生物型3和6中均无感染，但在生物型4的所有克隆中均有感染;T型共生菌Hamiltonelladefensa在生物型3和6中的感染率较高。生物型和共生菌感染情况之间的对应分析结果表明共生菌的侵染可能对麦长管蚜生物型的分化具有一定的作用。
6.转录组分析显示，当取食小麦和大麦时，麦长管蚜生物型1和3之间分别检测到了3392和2246个差异表达基因。其中有1528个基因在蚜虫取食小麦和大麦时，在两个生物型之间均差异表达。GO和KEGG富集分析表明，消化和防御相关的基因大量存在于这1528个共有差异基因中。其中差异较为显著的防御相关基因包括3个过氧化物酶(PODs)、两个UDP-葡萄糖醛酸转移酶(UGTs)、两个表皮蛋白(CPs)、1个谷胱甘肽S-转移酶(GST)、1个超氧化物歧化酶(SOD)和1个酯酶(EST)基因。取食小麦时，生物型1和3之间有36个特异防御相关基因的差异表达，如PODs、P450s、UGTs和CPs等。在大麦上时，两个生物型之间只有13个特异防御基因的差异表达，包括4个P450s、4个UGTs、两个CPs、1个ABC转运蛋白和1个POD等。小麦和大麦特异诱导了不同数量和功能的防御相关基因的差异表达，这可能反映了小麦和大麦中次生代谢产物组成和含量的差异。这些防御基因在麦长管蚜生物型的分化中可能具有关键作用。
7.响应寄主转移时，麦长管蚜生物型1和3中分别检测到了127和865个可塑性(差异)基因，其中39个可塑性基因在生物型1和3中共有。大多数的共有可塑性基因与防御有关，如UDP-葡萄糖醛酸转移酶、谷胱甘肽S-转移酶、碱性磷酸酶和半胱氨酸蛋白酶等基因。此外，共有可塑性基因(如半胱氨酸蛋白酶和碱性磷酸酶基因)的表达与麦长管蚜的繁殖力存在显著相关性。生物型1和3中的特异可塑性基因中分别检测到了5和9个转录模块。生物型1的繁殖力与模块P1中的表皮蛋白基因(CP5)和模块P3中的P450基因(CYP6DA2)的表达显著相关，而生物型3的繁殖力与模块T8中的UDP-葡萄糖醛酸转移酶基因(UGT2B2)的表达密切相关。这些基因和转录模块对生物型1和3定殖其他植物时可能具有重要作用。GO和KEGG分析显示，特异可塑性基因中存在解毒和防御相关基因的显著富集。此外，两种生物型之间可塑性转录本的差异不仅体现在差异基因的数量和种类上，还体现在表达可塑性程度和模式上。响应寄主转移时，生物型3的转录可塑性程度低于生物型1。相关性分析表明防御相关基因的表达可塑性在生物型1中具有一定的适应性(如CYP6DA2)，而在生物型3中则相反(如UGT2B2)，这能在一定程度上解释两种生物型转录可塑性程度的差异。以上结果表明转录可塑性在麦长管蚜生物型分化中可能发挥重要作用。
1.微卫星分子标记分析结果显示，麦长管蚜不同地理种群之间的遗传多样性存在明显区别。基于基因多样性(Hs)、有效等位基因数(Ne)和Shannon指数(I)，江苏、湖北和青海省的麦长管蚜种群的遗传多样性较为丰富。分子方差分析(AMOVA)的结果显示不同地理种群之间存在显著的遗传分化。成对固定指数(FST)、主成分(PCoA)、NJ系统树和STURCTURE的分析结果也都显示我国西北省份(如青海、甘肃和新疆)和中东部省份(浙江、江苏、河南、安徽和湖北)的麦长管蚜种群之间存在较大的遗传结构差异。不同地区的麦长管蚜种群之间的基因流动也不明显。此外，麦长管蚜不同寄主克隆之间的遗传多样性存在较大的差异。大麦上麦长管蚜克隆的近交系数(FIS)明显高于小麦上克隆的近交系数。成对固定指数(FST)显示，江苏、安徽、甘肃、浙江和新疆不同寄主来源克隆之间存在着明显的遗传分化(FST分别为0.070、0.098、0.109、0.090和0.286)。主成分分析、NJ系统树和STURCTURE的分析结果也表明以上省份麦长管蚜小麦克隆和大麦克隆之间存在明显的遗传分化。
2.麦长管蚜生物型的鉴定：使用蚜量比值法，从25个大麦和33个小麦品种(系)筛选出了10种抗性品种(系)(中4无芒、郑麦366、186-TM12-34、盐2129引-56、肚里黄、驻大麦4号、早熟3号、藏青25、甘啤6号和西引2号)。根据麦长管蚜在5种抗性小麦/大麦品种(系)(中4无芒、186-TM12-34、肚里黄、早熟3号和西引2号)上的致害性，检测到6种麦长管蚜生物型，建立了基于这5个品种(系)的麦长管蚜生物型鉴定系统。该系统中所有品种(系)对生物型1均表现为抗性;生物型2能克服早熟3号的抗性，对其表现出较强的致害性;生物型3则能克服该系统中所有3个大麦品种(肚里黄、早熟3号和西引2号)的抗性;生物型4对小麦品系186-TM12-34的致害性较强;生物型5克服了早熟3号和西引2号的抗性;生物型6的特征是只有186-TM12-34对其表现为抗性。主成分(PCA)分析也清晰地显示出了不同生物型的寄主致害性差异。生物型1为该蚜的优势生物型(所占比例最高)。同时发现麦长管蚜生物型的地理分布不同，如生物型2只发生在陕西、青海、甘肃和新疆，生物型5和生物型6分别只在新疆和浙江被发现。
3.通过对各麦长管蚜生物型在不同小麦/大麦品种(系)上的生活史性状和致害性的比较，对该虫生物型的分化进行了验证。相比中4无芒、186-TM12-34、肚里黄、早熟3号和西引2号，生物型1在铭贤169、矮抗58和西农979上的若虫发育历期较短，成虫体重和10天产蚜量较大(寄主适合度高)。而生物型3在所有大麦品种(肚里黄、早熟3号和西引2号)上的寄主适合度比在小麦上的更高。此外，麦长管蚜生物型的鉴定结果在各生活史参数的主成分分析结果中也得到确认。同时使用选择试验检测了麦长管蚜生物型对不同寄主植物的选择行为。6h时，所有生物型对测试大麦品种的选择率均较高，大麦可能对各麦长管蚜生物型均不存在驱避抗性。除生物型6之外，其它生物型对中4无芒的选择率均较低，这表明生物型6同时克服了该品种的抗生性和驱避性，而中4无芒对其他生物型存在较强的驱避性。此外，生物型3对矮抗58，生物型3、5和6对186-TM12-34的选择率较低，这表明矮抗58和186-TM12-34分别对相应的生物型具有一定的驱避性。
4.取食行为(EPG)的结果表明，相比小麦矮抗58，麦长管蚜生物型1在大麦西引2号上的E2波(韧皮部被动取食波)时间显著减少，非刺探波(Np波)和刺探波(C波)的次数和时间明显增加;而生物型3在两种寄主植物上以上取食行为完全相反。这表明大麦品种西引2号对生物型1的抗性较高，而小麦品种矮抗58对生物型3的抗性更高。E2波时间的差异可能与两个生物型对大麦和小麦中特异次生物质的不同解毒能力有关。两个生物型在大麦和小麦上F波的次数和时间均无显著差异，这表明小麦品种矮抗58和大麦品种西引2号对麦长管蚜的物理抗性可能无明显区别。相比生物型3，转寄主后生物型1显示出了更高的取食行为和生活史性状的可塑性。生物型1和3的取食行为(如Np波次数)可塑性与其相对适合度分别存在显著正相关和负相关。表明生物型3对取食行为可塑性的维持可能需要付出较大的代价，而生物型1维持可塑性的代价可能较低。以上结果表明，该蚜取食行为和生活史性状的可塑性与其生物型分化可能存在密切的关联。
5.微卫星标记分析结果显示，基于有效等位基因数(Ne)和Shannon信息指数(I)等参数，生物型1在所有生物型中的遗传多样性最高，而生物型6遗传多样性最低。FST值表明该蚜生物型之间存在较高的遗传分化(如生物型1和3之间FST=0.157;生物型2和3之间FST=0.181)。PCoA和NJ系统树的分析结果也清晰地显示出了不同生物型之间遗传结构的差异。同时其中某些生物型(如生物型1和生物型2，以及生物型3和生物型6)之间存在着密切的遗传和进化关系。此外，不同麦长管蚜生物型之间的遗传分化关系与其在不同寄主植物上致害性表现相契合，这表明不同的麦长管蚜生物型通过微卫星等分子标记技术进行区分是可能的。使用16SrDNA特异PCR方法对6个麦长管蚜生物型体内的次级共生菌进行检测。不同生物型体内次级共生菌的组成和含量均存在差异。如U型共生菌Regiellainsecticola在生物型3和6中均无感染，但在生物型4的所有克隆中均有感染;T型共生菌Hamiltonelladefensa在生物型3和6中的感染率较高。生物型和共生菌感染情况之间的对应分析结果表明共生菌的侵染可能对麦长管蚜生物型的分化具有一定的作用。
6.转录组分析显示，当取食小麦和大麦时，麦长管蚜生物型1和3之间分别检测到了3392和2246个差异表达基因。其中有1528个基因在蚜虫取食小麦和大麦时，在两个生物型之间均差异表达。GO和KEGG富集分析表明，消化和防御相关的基因大量存在于这1528个共有差异基因中。其中差异较为显著的防御相关基因包括3个过氧化物酶(PODs)、两个UDP-葡萄糖醛酸转移酶(UGTs)、两个表皮蛋白(CPs)、1个谷胱甘肽S-转移酶(GST)、1个超氧化物歧化酶(SOD)和1个酯酶(EST)基因。取食小麦时，生物型1和3之间有36个特异防御相关基因的差异表达，如PODs、P450s、UGTs和CPs等。在大麦上时，两个生物型之间只有13个特异防御基因的差异表达，包括4个P450s、4个UGTs、两个CPs、1个ABC转运蛋白和1个POD等。小麦和大麦特异诱导了不同数量和功能的防御相关基因的差异表达，这可能反映了小麦和大麦中次生代谢产物组成和含量的差异。这些防御基因在麦长管蚜生物型的分化中可能具有关键作用。
7.响应寄主转移时，麦长管蚜生物型1和3中分别检测到了127和865个可塑性(差异)基因，其中39个可塑性基因在生物型1和3中共有。大多数的共有可塑性基因与防御有关，如UDP-葡萄糖醛酸转移酶、谷胱甘肽S-转移酶、碱性磷酸酶和半胱氨酸蛋白酶等基因。此外，共有可塑性基因(如半胱氨酸蛋白酶和碱性磷酸酶基因)的表达与麦长管蚜的繁殖力存在显著相关性。生物型1和3中的特异可塑性基因中分别检测到了5和9个转录模块。生物型1的繁殖力与模块P1中的表皮蛋白基因(CP5)和模块P3中的P450基因(CYP6DA2)的表达显著相关，而生物型3的繁殖力与模块T8中的UDP-葡萄糖醛酸转移酶基因(UGT2B2)的表达密切相关。这些基因和转录模块对生物型1和3定殖其他植物时可能具有重要作用。GO和KEGG分析显示，特异可塑性基因中存在解毒和防御相关基因的显著富集。此外，两种生物型之间可塑性转录本的差异不仅体现在差异基因的数量和种类上，还体现在表达可塑性程度和模式上。响应寄主转移时，生物型3的转录可塑性程度低于生物型1。相关性分析表明防御相关基因的表达可塑性在生物型1中具有一定的适应性(如CYP6DA2)，而在生物型3中则相反(如UGT2B2)，这能在一定程度上解释两种生物型转录可塑性程度的差异。以上结果表明转录可塑性在麦长管蚜生物型分化中可能发挥重要作用。