角倍蚜mtDNA基因序列遗传多样性与谱系地理研究

摘要

五倍子蚜寄生在漆树科盐肤木属部分植物的复叶上形成虫瘿为五倍子，是重要的医药和化工原料，该类群是唯一对人类有益的的蚜虫种类。其中角倍蚜Schlechtendalia chinensis是五倍子蚜中分布最广、产量最多、最具经济价值的种类。其形成不仅与夏寄主盐肤木、冬寄主藓类关系十分紧密，而且与环境条件密不可分。作为我国重要的资源昆虫，目前主要的研究还是基于生物生态学方面的基础调查研究，分子序列数据进行遗传多样性及其谱系地理方面的研究尚属空白。鉴于此，本研究运用线粒体DNA(mtDNA) Cytb和COI基因部分序列及其联合序列对角倍蚜14个自然种群184个个体的遗传多样性、遗传结构、谱系地理结构和环境因子与遗传多样性的相关性等进行了分析，揭示了角倍蚜的遗传多样性水平及其地理分布格局，为深入研究其与寄主植物之间的协同进化关系提供分子生物学方面的资料，为更好的保护和合理利用这一生物资源，创造更大的经济价值提供重要的指导意义。
　　主要结果如下:(1)本研究共得到Cytb基因432bp和COI基因657bp的序列，Cytb和COI基因中分别检测到16个和15个变异位点，分别占所测序列的3.7％和2.3％，均没有插入和缺失，转换大于颠换，多数变异发生密码子的第三位点，A+T含量明显高于G+C含量，表现出明显的A、T偏向性;将角倍蚜Cytb基因和相应个体的COI基因联合(1089bp)进行比较分析，共检测到31个变异位点，占2.8％，没有缺失和（或）插入，且转换大于颠换，Ts/Tv=7.1∶1，变异位点多发生在密码子的第三位点上，占74.3％。A+T含量(76.6％)明显高于G+C含量(23.4％)。
　　(2)角倍蚜14个种群Cytb基因序列共检测到22个单倍型，单倍型多样度为0.788，核苷酸多样度为0.00367;在COI基因序列中共检测到19个单倍型，单倍型多样度为0.715，核苷酸多样度为0.00206。Cytb和COI基因联合序列检测到49个单倍型，单倍型多样度为0.900，核苷酸多样度为0.00270，说明角倍蚜的遗传多样性较低。
　　(3)通过AMOVA分析，角倍蚜的Cytb和COI基因及其联合序列分析说明种群内的变异明显高于种群间变异，且Fst值差异显著(P＜0.05)，表明我国角倍蚜种群间出现显著的遗传分化。地理距离相距较远的大部分种群的Fst值显著，基因流较小;相距较近种群的Fst值基本不显著且基因流较大。
　　(4)构建Cytb、COI基因单一基因及其联合序列的单倍型MP系统聚类关系，结果显示，所有各种群间单倍型在系统聚类树中的分布基本表现出一种平行式的分布格局，即单倍型并没有按地理分布形成明显的簇群。
　　(5)基于单倍型序列的变异位点，构建Cytb、COI单一基因及其联合序列单倍型网络图，发现单倍型的分支样式呈现“星状”结构，属于“基因谱系连续，无空间隔离”的地理格局。并对其进行中性检验，单倍型的歧点分布曲线呈现单峰型分布，明显符合扩张群体期望的分布模式，说明角倍蚜的进化历史上可能发生过冰期中常有的瓶颈、避难所以及冰期后建群等事件。
　　(6)对Cytb、COI单一基因及其联合序列的种群间地理距离与遗传距离进行相关性检验。检验结果不具显著性差异，表明种群的遗传分布格局不具有距离隔离模型。
　　(7)通过检测环境因子与角倍蚜遗传多样性的相关性，发现遗传多样性与经度成正相关，其它环境因子与遗传多样性没有相关性。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 五倍子蚜及角倍蚜概述

1．2 遗传多样性与谱系地理学研究

1．2．1 基本原理

1．2．2 发展简史

1．2．3 研究方法

1．2．4 研究内容

1．2．5 遗传多样性和谱系地理学之间的联系

1．3 mtDNA特点及其应用

1．3．1 mtDNA简介

1．3．2 细胞色素b基因特点及应用

1．3．3 细胞色素氧化酶Ⅰ基因特点及应用

1．4 本研究目的和意义

第二章 材料与方法

2．1 实验材料

2．1．1 样本材料

2．1．2 试剂及仪器设备

2．2 实验方法

2．2．1 基因组DNA的提取

2．2．2 基因组DNA的检测

2．2．3 PCR扩增

2．2．4 PCR扩增产物的检测

2．2．5 PCR扩增产物纯化与测定

2．2．6 目的片段的测定

2．3 DNA序列分析

第三章 结果与分析

3．1 角倍蚜基因组DNA提取、PCR扩增及产物回收

3．1．1 总DNA提取

3．1．2 PCR扩增

3．1．3 PCR产物纯化

3．1．4 序列测定

3．2 角倍蚜mtDNA基因序列分析

3．2．1 基因序列及碱基组成

3．2．2 单倍型分布

3．2．3 种群遗传变异

3．2．4 种群遗传结构

3．2．5 分子聚类分析

3．2．6 谱系地理分布格局

3．2．7 遗传距离与地理距离相关性

3．2．8 环境因子对遗传结构的影响

第四章 讨论

4．1 序列分析

4．2 角倍蚜种群遗传多样性

4．3 角倍蚜种群遗传分化

4．4 角倍蚜遗传关系及其谱系地理结构

4．5 环境因子对遗传结构的影响

第五章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术论文

附录

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