共生菌Wolbachia对美棘蓟马Echinothrips americanus Morgan发育与生殖的影响

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研究昆虫与内共生菌的相互作用具有重要的生物学与生态学意义。Wolbachia pipientis是以节肢动物为主要宿主的兼性共生菌,可调控宿主生殖并改变其生物学特性,进而改变特定宿主种群的适合度。入侵害虫美棘蓟马Echinothrips americanus原产于美国东部,现已扩展至我国部分地区,严重危害温室蔬菜和花卉。Wolbachia的寄生亦对美棘蓟马产生重要影响。研究美棘蓟马与其内共生菌的共生状况与相互作用,进而揭示筛选、应用内共生菌防控美棘蓟马的方法,具有重要的科研与应用价值。本文应用分子生物学方法鉴定了美棘蓟马体内的共生菌种类和在种群内的分布,并对美棘蓟马体内的共生菌进行了序列分析;同时对共生菌在美棘蓟马体内的分布进行检测;筛选出消除美棘蓟马体内共生菌的方法与技术;探讨了共生菌Wolbachia对美棘蓟马的调控机制。结论如下:  1. 应用分子生物学方法对美棘蓟马体内的共生菌进行检测,结果表明美棘蓟马种群目前仅感染了一种共生菌,经鉴定为Wolbachia pipientis,进一步利用该菌的wsp基因特异性引物确定其株系均属于A群的Mel亚群。  2. 通过透射电子显微镜观察发现美棘蓟马体内的Wolbachia形态主要为球孢型和杆状;以二分裂的方式进行繁殖;在美棘蓟马成虫的头、胸、腹内均发现该菌,雌虫腹部主要发现其在卵巢周围密集分布;雄虫睾丸内发现少量Wolbachia。  3. 用定量PCR手段检测美棘蓟马体内不同组织间和不同发育时期共生菌Wolbachia的拷贝数,结果表明:随宿主美棘蓟马的发育,其体内共生菌Wolbachia逐渐增多,由卵期的拷贝数约7-8×108copies至蛹期增长至2.1×1010copies左右。雌性蓟马体内Wolbachia含量高于雄性。在美棘蓟马头、胸、腹中都存在有共生菌Wolbachia,头部含量最低、胸部次之、腹部含量最高(雌性腹部约占整体Wolbachia总量的60%-70%),在生殖器官聚集的腹末三节内Wolbachia的拷贝数占整个腹部总量的20%-40%,雌性腹末三节内Wolbachia拷贝数所占的比例显著高于雄性。  4. 测试消除美棘蓟马体内共生菌的化学方法,选用盐酸四环素、利福平及氨苄青霉素采用不同施喂方法对美棘蓟马体内共生菌Wolbachia的进行消除,结果表明,利福平处理对美棘蓟马种群的发育历期、繁殖力均无影响而且消除彻底。构建不同利福平浓度处理下美棘蓟马种群生命表,通过对比种群参数、发育历期、繁殖力等,确定使用50mg/ml的利福平溶液对美棘蓟马体内Wolbachia消除作用最佳且对宿主美棘蓟马安全。  5. 获得稳定遗传的美棘蓟马脱共生菌种群后,构建自然种群与脱共生菌种群生命表。结果表明,两种群间美棘蓟马的总寿命差异显著。自然种群的净增殖率,周限增长率等参数均低于脱共生种群;脱共生菌种群的繁殖力、产卵前期和产卵天数均显著高于自然种群。脱共生菌种群中雌虫寿命显著高于自然种群中的雌虫,性别与是否感染共生菌Wolbachia对雌雄虫的寿命均有影响。自然种群与脱共生种群的性比差异显著。推测共生菌Wolbachia抑制自然种群雌虫比例的同时降低美棘蓟马种群的适合度。  6. 将自然种群与脱共生种群中的雌虫和雄虫两两交叉配对,观察并记录其生存及后代生存情况。结果表明,雌虫寿命长短与是否带菌和雄虫交配相关;脱共生菌雌虫与自然种群雄虫交配组的繁殖力显著高于其他组;卵的孵化率和成虫羽化率显著低于其他组;该组后代性比表现为0.81:1,远低于其他两组。说明共生菌Wolbachia在美棘蓟马体内能够引起低水平的胞质不亲和作用。
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