柑橘木虱线粒体基因组分析及基于其COI的种群遗传结构研究

摘要

柑橘木虱Diaphorina citri Kuwayama是柑橘、月橘、构椽、黄皮、九里香等芸香科植物嫩梢期的重要害虫，以成、若虫吸食汁液为害，在世界范围内均有分布，是柑橘黄龙病的自然传播媒介；在我国主要分布南方柑橘产区，给柑橘产业带来严重危害，防治柑橘木虱是治理黄龙病的关键措施之一。本研究对柑橘木虱线粒体全基因组序列进行测定，基于线粒体基因组对木虱总科物种进行系统发育关系分析；以线粒体COI基因片段作为分子标记，明确柑橘木虱的种群遗传多样性和种群遗传结构，并进行系统发育分析，为柑橘木虱的控制提供科学依据。主要结果如下：
　　（1）对柑橘木虱线粒体基因组测序、注释及分析（GenBank登录号：KX073968），序列全长15,038bp，A+T含量为74.56％，包含13个蛋白质编码基因、22个tRNA基因、2个rRNA基因和一个最大的非编码区（控制区）。主要特点：其基因排列顺序与预测的节肢动物的线粒体基因组祖先排列顺序一致。所有的蛋白质编码基因均使用标准的起始密码子（ATN）和标准的终止密码子TAG和TAA除了ND2和ND5使用不完整的终止密码子T。所有的22个tRNA基因长度在54～70bp之间，且均能折叠成三叶草结构，除了trnS1因缺失DHU臂而不能形成三叶草结构。控制区位于rrnL与trnI之间，且A+T含量是所有区域中含量最高的。
　　（2）对木虱总科的柑橘木虱、木通红喀木虱、番茄木虱、朴树叶柄瘿木虱和枸杞木虱进行比较分析，结果表明：木虱线粒体基因组均包含经典后生动物线粒体基因组的37个基因，基因排列顺序一致，且均具有显著的A+T偏向性。蛋白质编码基因的密码子使用均表现为显著的偏向性，且第三位点的A+T含量高于第一位点和第二位点的A+T含量。5种木虱的线粒体基因组的tRNA的情况一致，除了trnS1不能折叠成典型的三叶草结构，其余tRNA均能折叠成典型的三叶草结构。进化速率分析表明木虱线粒基因组蛋白质编码基因中COI的进化速率最慢较为保守，因此可以用作DNA条形码来鉴别近缘种；相反，ATP8进化速率最快，可以用作分析种内关系和木虱总科物种不同种群之间关系的有效分子标记。
　　（3）基于线粒体基因组13个蛋白质编码基因和2个rRNA基因、13个蛋白质编码的氨基酸的胸喙亚目之间的系统发育关系显示：木虱总科、粉虱总科和蚜总科分别单独聚为一支，其中木虱总科作为基底种群，系统发育分析符合传统分类，柑橘木虱与木虱科的木通红喀木虱分离，但还需要更多的木虱总科线粒体基因组来验证这一分类关系。
　　（4）扩增得到采集来自中国柑橘产区的23个地理种群和美国佛罗里达的1个地理种群的119条线粒体COI序列片段。扩增得到的COI序列长721bp，有16个变异位点，共定义10个单倍型，其中Hap1为优势单倍型，是所有中国地理种群的共享单倍型，总体的单倍型多样性和核苷酸多样性均较低。
　　（5）国内23个地理种群之间的遗传距离均较小，种群之间的遗传差异小，各地理种群之间几乎不存在显著的遗传分化。将种群根据地理位置划分为两个组的AMOVA分析表明遗传变异主要来自种群内部。单倍型网络图分析表明Hap1是中国地理种群的祖先单倍型，单倍型系统发育关系并没有表现出明显的分支。空间遗传结构显示，柑橘木虱各种群之间的地理距离与遗传距离之间没有显著的相关性。
　　（6）系统发育分析表明中国地区柑橘木虱与越南、泰国、印度尼西亚、毛里求斯和留尼汪岛相似，属于东南亚组，因此未来对我国柑橘木虱的生物防治方面应该多关注这些地区。

目录

声明

第1章 引言

1.1 柑橘木虱研究概况

1.1.1 柑橘木虱的形态特征及分类研究

1.1.2 柑橘木虱的生物学特征

1.1.2 柑橘木虱的危害与防治

1.2 昆虫线粒体基因组研究进展

1.2.1 昆虫线粒体DNA结构特点

1.2.2 昆虫线粒体DNA的应用

1.3 种群遗传学研究

1.3.1 种群遗传多样性与遗传结构

1.3.2 种群遗传学研究使用的分子标记

1.4 本文的研究目的与意义

1.5 本文研究内容

第2章 柑橘木虱线粒体全基因组的测定与进化分析

2.1 材料与方法

2.1.1 柑橘木虱样品采集

2.1.2 主要仪器与试剂

2.1.3 DNA提取

2.1.4 PCR扩增与测序

2.1.5 DNA序列数据处理与分析

2.1.6 木虱总科线粒体基因组序列比较分析

2.1.7 胸喙亚目系统发育分析

2.2 结果与分析

2.2.1 柑橘木虱线粒体基因组全序列的分析

2.2.2 木虱类线粒体基因组比较分析

2.2.3 基于线粒体基因组的系统发育分析

2.3 本章分析讨论

2.3.1 胸喙亚目线粒体基因比较分析

2.3.2 胸喙亚目线粒体基因组基因排列顺序

2.3.3 基于线粒体基因组的胸喙亚目的系统发育关系

第3章 柑橘木虱种群遗传结构分析

3.1 材料与方法

3.1.1 柑橘木虱样品采集

3.1.2 主要仪器与试剂

3.1.3 单只柑橘木虱基因组DNA提取

3.1.4 mtDNA基因片段PCR扩增、测序

3.1.5 数据处理

3.2 实验结果

3.2.1 扩增结果与序列分析

3.2.2种群遗传结构分析

3.2.3 系统发育分析

3.3 本章分析讨论

3.3.1 遗传多样性分析讨论

3.3.2 种群遗传结构分析讨论

第4章 主要结论及展望

4.1 主要结论

4.2 本研究的不足之处

4.3 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果及获奖情况