梨小食心虫Grapholita molesta (Busck)地理种群耐热性差异及其相关分子基础

摘要

梨小食心虫是一种世界性害虫，严重危害全球林果业的安全。该虫原产于中国西北部，在东亚分布十分广泛，后伴随水果进出口传入欧洲和美洲等地，是世界重要的检疫害虫之一。梨小食心虫广泛分布于我国主要水果产区，北至黑龙江，南至广东，一年发生3-7代不等。作为变温动物的昆虫，影响其分布的最主要因素是温度，因此梨小食心虫能够在短时间内迅速分布全世界与其自身可很快适应环境温度有密切的关系。相关研究已经表明，在全球变暖的背景下，昆虫更容易受到热胁迫的影响。梨小食心虫种群在原生地的中国已经历了相当长进化适应过程，探究其长期的环境温度驯化效应，尤其是高温耐受性，可以明确梨小食心虫能够广泛分布的原因。
　　本学位论文通过使用微卫星检测手段研究梨小食心虫地理种群间遗传结构的差异，判断各地理种群间在遗传基础上是否存在多样性及不同遗传结构，继而采用不同热耐受性指标（慢性热激和急性热激），研究不同梨小地理种群在耐热表型上的差异，最后从热激蛋白转录水平层面解释地理种群间潜在的分子遗传调控机制。本文尝试从以上3个层面深入探讨梨小食心虫地理种群的耐热性机理，以此揭示长期温度选择对梨小食心虫的影响和进化适应性。此外，本论文还研究了不同时间尺度的同一地理种群快速微进化的机制。我们选择相同来源的地理种群（河北唐山）在实验室条件下连续饲养多代以后，对比实验室种群和野外种群耐热性的差异，揭示相同遗传背景下的快速表型可塑性进化机制。综上本文主要在时间和空间尺度上探索梨小耐热性的生态和分子基础。得出如下结论:
　　1.我国梨小食心虫南北方5个地理种群（沈阳、唐山、砀山、武汉、广州种群）存在明显的遗传基础分化。微卫星检测结果显示，各个地理种群的遗传多样性均较高(Ho＞0.80)，符合原生地种群特征;此外杂合子过剩是各个种群的显著特征之一(D＞0.65)，说明梨小食心虫的扩散能力较弱，存在显著的亲缘内交配;分析还发现各地理种群存在较显著的遗传结构差异，沈阳种群显著与其他4个种群不同。基因流Fst显示种群间存在显著差异，同时显著符合IBD(Isolation ByDistance)法则。
　　2.梨小食心虫不同地理种群间存在明显表型差异，如沈阳种群生活周期最长，蛹重最大，武汉次之且二者有显著差异，广州、唐山、砀山蛹重依次降低，但三者之间没有显著差异，前二者与后三者有显著差异;广州和沈阳总发育历期最长，武汉和唐山次之，安徽砀山最短。广州种群的快速热耐受性比其他种群显著高，而北方的沈阳种群耐受性最差;慢性热耐受性试验发现，北方的唐山种群耐受性最低，而沈阳，广州和武汉三个种群中没有差异。在耐热可塑性方面，北方种群如沈阳种群耐热可塑性最高，从南至北，耐热可塑性依次降低。热激蛋白转录水平也呈现出相同的趋势，即各种群蛋白表达效率与其耐热性呈正相关。
　　3.来源于河北唐山的三个种群，分别饲养一年，两年，和直接采集的野外种群在热耐受性和生活史表型存在显著差异。我们发现，梨小种群在室内饲养时间越长，发育速率越快，蛹重越轻，相反热耐受性程度越整齐;而野外种群表型变异度极大，慢性热耐受性不如实验室种群，但快速反应能力显著好于室内饲养种群。热激蛋白转录水平表达也呈现相同趋势，即野外种群的快速调节能力优于室内恒温饲养种群。以上结果说明生活温度对梨小种群的适应性有重要的决定作用。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 温度对昆虫影响

1．1．1 全球气候变化的特征

1．1．2 温度对昆虫生物性状的影响

1．2 昆虫纬度梯度种群的适应性意义

1．2．1 地理种群的形成

1．2．2 昆虫表型可塑性差异

1．2．3 气候变化条件下的进化适应性

1．3 梨小食心虫简介

1．3．1 梨小食心虫的形态特征

1．3．2 梨小食心虫的分布与危害

1．3．3 梨小食心虫的生活史习性

1．3．4 梨小食心虫的人工饲养

1．4 研究内容

1．4．1 拟解决的科学问题

1．4．2 本文主要研究意义

第二章 不同地理种群遗传结构研究

2．1 引言

2．1．1 梨小食心虫遗传多样性的影响因素

2．1．2 梨小食心虫地理种群的研究现状

2．1．3 微卫星标记原理与方法

2．2 材料与方法

2．2．1 纬度梯度种群采集

2．2．2 实验仪器

2．2．3 主要试剂和药品

2．2．2 单头梨小食心虫DNA提取及检测

2．2．4 引物扩增与检测

2．2．5 微卫星长度测定与分析

2．3 结果与分析

2．3．1 微卫星多态性分析

2．3．2 遗传结构分析

2．3．3 种群亲缘关系分析

2．4 讨论

第三章 不同地理种群高温耐受性差异

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 昆虫采集

3．2．2 供试昆虫饲养方法

3．2．3 耐热差异实验设计及测定方法

3．2．4 梨小食心虫发育历期和蛹重

3．2．5 数据分析

3．3 结果与分析

3．3．1 不同地理种群蛹重分析

3．3．2 地理种群发育历期分析

3．3．3 CTmax值分析

3．3．4 ULT分析

3．3．5 快速热适应能力

3．3．6 热击倒分析

3．4 讨论

第四章 不同梨小食心虫地理种群耐热性分子基础

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 供试虫源

4．2．2 试验设计

4．2．3 总RNA提取检测及cDNA合成

4．2．4 热激蛋白引物设计

4．2．5 实时定量PCR

4．2．6 数据分析

4．3 结果

4．4 讨论

第五章 梨小食心虫室内种群的耐热驯化

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 供试昆虫及饲养

5．2．2 试验设计

5．2．3 指标测定

5．3 结果与分析

5．3．1 生态指标结果分析

5．3．2 微卫星遗传结果分析

5．3．3 热激蛋白表达

5．4 讨论

第六章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历