基于线粒体基因的不同地理种群大豆蚜遗传分化研究

摘要

大豆蚜，Aphis glycines Matsumura是栽培大豆的主要害虫之一，属于半翅目蚜科(Hemiptera: Aphididae)，通过刺吸植物吸取汁液引发植株矮化、节间缩短、叶片卷曲等症状，严重时造成植株死亡、种子产量下降、降低产油品质和经济损失。了解各地理种群间的亲缘关系，分析大豆蚜种群遗传变异程度、种群遗传多样性，揭示大豆蚜不同地理种群历史发生发展规律，探索大豆蚜物种进化，对有效防治大豆蚜具有重要的理论和实际意义。
　　本文选取两个常用的线粒体DNA(mtDNA)基因COⅡ、Cyt b为对象，采用系统发育分析、分子方差分析、单倍型网络图、遗传距离、分子生物地理学分析、遗传变异与分化参数分析等多种生物信息学相关的研究方法，对采自我国大豆蚜虫害较重的14个地理区的大豆蚜进行了研究分析，主要研究结果如下:
　　(1)采用PCR方法扩增出了14个大豆蚜地理种群的627个个体的2个线粒体DNA片段(COⅡ，Cyt b)，所获得的基因片段的长度分别为:673bp、900bp。通过分析他们的基因片段，共获得了7个COⅡ基因单倍型、13个Cytb基因单倍型。
　　(2)利用DnaSP5.0软件和MEGA5.0软件对mtDNA基因COⅡ、Cyt b的片段序列进行分析，结果显示碱基组成呈现A/T偏倚性，符合线粒体的组成特点，变异位点数分别是12个和20个，遗传变异率分别为1.78％和2.22％，平均单倍型多样度(Hd)分别为0.479和0.558，平均核苷酸多样度(Pi)为0.00166和0.00107，Fu's Fs检验和Tajima's D检验结果均不显著(P＞0.1)，说明我国大豆蚜种群在近阶段历史时期没有经历种群突然扩张，分析结果显示大豆蚜遗传多样性水平不高，遗传分化程度较小。
　　(3)利用已经检测出的单倍型，采用MEGA5.0软件中的Kimura2-Parameter模型邻接法(Neighbor-joining，NJ)以棉蚜Aphis gossypii为外群分别构建大豆蚜分子系统发育树，结果均显示各个单倍型聚为一支且与外群分开。运用Network4.6软件分析各基因获得的所有序列绘制单倍型中介网络图，结果显示单倍型的分布与其所在地理种群间不存在明显的对应关系，各基因单倍型交织混杂的分布在系统发育树和中介网络图中，没有按照地理区域结构聚集在一起，尚未形成明显的系统地理谱系。
　　(4)利用Arlequin3.5.1.2软件对两个线粒体基因COⅡ、Cytb进行分子变异方差分析(AMOVA)，结果均表明种群的遗传变异主要来自种群内部(种群内遗传变异分别为80.15％，81.03％)，而种群间变异较低。两个mtDNA的总种群（Nm=2.019，Nm=2.135）、各种群间的基因流均大于1，说明不同地理种群间基因交流较频繁，大豆蚜可通过迁飞、动植物运动、人为因素或者其他方式进行基因间的交流，不会因地理隔绝而发生巨大差异。
　　(5)选用TFPGA软件进行Mantel相关性检验分析种群间的遗传距离与地理距离之间的关系，结果R=0.1717，P＞0.05，说明两者间无线性相关性，地理隔离并未影响种群间的基因交流，也不能解释种群间的遗传分化。采用MEGA5.0计算遗传距离，结果发现遗传距离没有按照经度或者纬度进行单方向的移动，同样说明此观点。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 大豆蚜简介

1．1．1 大豆蚜地理种群分布动态及其生态学特征

1．1．2 大豆蚜寄主与危害特点

1．1．3 大豆蚜的防治方法

1．2 昆虫系统发育的研究概况

1．2．1 利用线粒体基因研究系统发育

1．2．2 蚜科昆虫线粒体基因系统进化的研究

1．2．3 利用微卫星标记研究系统发育

1．2．4 利用共生菌研究系统进化

1．2．5 大豆蚜系统发育的新方法、新技术

1．3 昆虫种群遗传多样性研究

1．3．1 研究种群遗传多样性的参数

1．3．2 昆虫种群遗传进化的主要因素

1．4 研究目的与意义

2 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 供试虫源的采集

2．2 实验方法

2．2．1 供试虫源的预处理

2．2．2 基因组的提取

2．2．3 引物设计

2．2．4 目的片段PCR扩增及电泳

2．2．5 PCR产物的纯化回收及测序

2．3 实验器材及试剂

2．3．1 实验仪器

2．3．2 实验试剂

2．4 数据处理与序列分析方法

3 结果与分析

3．1 目的片段扩增及分析

3．1．1 目的片段扩增结果

3．1．2 基于CO Ⅱ、Cyt b基因序列分析

3．2 大豆蚜线粒体CO Ⅱ基因序列分析

3．2．1 CO Ⅱ基因的碱基组成、序列分析

3．2．2 大豆蚜CO Ⅱ基因单倍型、遗传多样性和中性检验分析

3．2．3 不同地理种群间大豆蚜CO Ⅱ的基因流分析

3．2．4 不同地理种群间大豆蚜遗传变异分化分析

3．2．5 不同地理种群的遗传距离分析

3．2．6 不同地理种群大豆蚜的系统发育分析及网络图分析

3．3 大豆蚜线粒体Cyt b基因序列分析

3．3．1 大豆蚜Cyt b基因序列分析、碱基组成

3．3．2 大豆蚜Cyt b基因单倍型、遗传多样性和中性检验分析

3．3．3 大豆蚜Cyt b的不同地理种群间基因流分析

3．3．4 不同地理种群间大豆蚜Cyt b遗传变异分化

3．3．5 不同地理种群的系统发育分析及网络图分析

4 讨论

4．1 大豆蚜CO Ⅱ、Cyt b基因的碱基组成

4．2 大豆蚜CO Ⅱ、Cyt b基因单倍型、序列分析

4．3 大豆蚜CO Ⅱ、Cyt b基因序列中性检验及进化研究

4．4 大豆蚜CO Ⅱ、Cyt b基因在不同地理种群间的基因交流

4．5 线粒体CO Ⅱ和Cyt b基因的不同结果分析

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文