麦长管蚜共生微生物的多样性及紫外辐射下三种次级菌对宿主适合度的影响

摘要

麦长管蚜Sitobion avenae(Fabricius)是一种世界性广泛分布的害虫，其寄主植物包括多种麦类作物和禾本科杂草等。在长期的协同进化过程中，麦长管蚜与其体内的初级菌和次级菌形成了密切的共生关系。目前研究表明，不同地区、不同寄主植物上蚜虫种群体内次级菌的种类和侵染频率等均存在差异，但其分布规律、侵染偏好、菌群相对丰度和遗传机制等的研究仍需深入;同时，随着气候条件变化，紫外辐射增强，次级共生菌作为“调节者”对宿主麦长管蚜在不同紫外强度下生态适应性的影响尚未见报道。本文运用PCR检测技术和16S rDNA宏基因组测序技术对麦长管蚜共生微生物的多样性进行了检测;运用室内生测和分子生物学相结合的方法对分别含三种次级菌Hamiltonelladefensa（T型）、Regiella insecticola（U型）、Rickettsia spp.(Ric)的麦长管蚜克隆系与相应脱菌克隆系在不同紫外强度下的生活史数据进行了收集。主要研究结果如下:
　　1.对2014、2015年采集自青海和陕西两地22个点的麦长管蚜样本（共441头蚜虫）进行检测，共发现除初级菌外的6种次级共生菌，分别为T型、U型、Serratia symbiotica（R型）、Ric、X-type和Spiroplasma spp.螺原体。各地点样本中，总带菌率最高为88.9％、最低为11.1％，且六种共生菌在各地区的侵染比率也存在差异。将各地种群分为三组(即青海-2015、陕西-2015、陕西-2014)进行分析，结果表明:T型肠杆菌在三组之间的侵染率差异不显著;U型肠杆菌在三个地区侵染率差异显著，青海-2015分组显著大于陕西-2014; Ric的侵染率青海-2015分组显著小于陕西-2015;R型肠杆菌在青海-2015中不存在，其侵染率在陕西-2014与陕西-2015间差异不显著;此外，陕西-2015中的多侵染比率显著高于陕西-2014和青海-2015。
　　2.运用16S rDNA宏基因组分析技术对中国西部、东部和中部关中平原地区的麦长管蚜共生微生物多样性进行检测表明:在门水平，麦长管蚜体内变形菌门(Proteobacteria)微生物以平均相对丰度99.88％成为优势菌群;科水平，肠杆菌科(Enterobacteriaceae)以平均相对丰度90.72％成为优势菌群;属水平，布赫纳氏菌属(Buchnera)作为麦长管蚜的初级共生菌，在微生物组分中以平均相对丰度80.88％成为优势菌群。
　　对这三个地区多种寄主植物上麦长管蚜体内微生物的物种丰度信息进行聚类分析表明:丰度排名前35的属中，立克次氏体Rickettsia sp.、T型共生肠杆菌H.defensa在西部地区大麦上(g1)的相对丰度最高;螺原体属Spiroplasma在东部地区小麦上（g4）的相对丰度最高;U型共生肠杆菌R.insecticola、东方体属Orientia在中部关中地区小麦上(g5)的相对丰度最高;剑菌属Ensifer、布赫纳氏菌属Buchnera在中部关中地区杂草上(g6)的相对丰度最高。各样品及各分组中麦长管蚜体内微生物组分的多样性及相对丰度均存在差异。环境相关分析表明，立克次氏体的丰度与年均低温呈正相关，沙门氏菌属Serratia的丰度与降水量呈负相关。
　　3.三种含菌克隆与相应脱菌麦长管蚜克隆在不同紫外强度下的生活史数据分析显示:高紫外强度条件下含T型菌克隆的若虫总发育历期显著大于脱菌克隆，其差异主要通过延长含菌克隆4龄若虫的发育历期来体现，表明随着紫外辐射增强含菌的蚜虫克隆较脱菌克隆适合度降低;立克次氏体(Ric)在高紫外条件下含菌与脱菌克隆发育历期无差异，但在无紫外光(CK)和低紫外强度条件下，若虫总发育历期均为含菌克隆显著低于脱菌克隆，表明含Ric的蚜虫克隆较脱菌克隆在低紫外环境中适合度优于高紫外环境;此外， U型肠杆菌的含菌克隆与脱菌克隆在不同紫外处理下各参数均无显著差异。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 麦长管蚜概述

1．2 昆虫与微生物的关系

1．3 蚜虫与体内共生菌的关系

1．3．1 蚜虫与内共生初级菌的互作

1．3．2 蚜虫与内共生次级菌的互作

1．3．3 蚜虫体内初级共生菌与次级共生菌的侵染动态平衡

1．4 紫外胁迫对昆虫、寄主植物和内共生菌影响的研究

1．4．1 紫外胁迫影响蚜虫种群生长发育的研究

1．4．2 紫外胁迫对植物影响的研究

1．4．3 紫外胁迫下内共生菌与宿主昆虫的互作

1．5 本文研究目的和意义

第二章 基于PCR检测的麦长管蚜次级共生菌感染情况

2．1 材料与方法

2．1．1 麦长管蚜样品的采集与饲养

2．1．2 主要实验仪器和试剂

2．1．3 麦长管蚜总DNA的提取和质量检测

2．1．4 微生物16S rDNA片段的扩增、克隆和测序

2．1．5 麦长管蚜常见共生菌16S rDNA片段的扩增

2．1．6 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 各地蚜虫种群次级共生菌的检测和带菌比例分析

2．2．2 陕西和青海两地各分组间麦长管蚜单侵染与多侵染的分析

2．3 结论与讨论

第三章 基于宏基因组16S rDNA分析的麦长管蚜体内菌群多样性

3．1 材料与方法

3．1．1 麦长管蚜的采集

3．1．2 麦长管蚜总DNA的提取、检测和PCR扩增

3．1．3 PCR产物的混样和纯化

3．1．4 文库构建和上机测序

3．2 信息分析

3．2．1 数据预处理

3．2．2 OTU聚类和物种注释

3．2．3 样品的标准化处理

3．3．1 OUT聚类及物种注释概况

3．3．2 麦长管蚜微生物多样性分析

3．3．3 我国不同地区多种寄主植物上麦长管蚜体内微生物多样性的分析比较

3．3．4 环境因子与麦长管蚜微生物种群多样性的关联分析

3．4 结论与讨论

第四章 UV-B处理下几种次级菌对宿主适合度的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 供试蚜虫的选取与处理

4．1．2 紫外辐射处理

4．1．3 生活史数据采集

4．1．4 数据分析

4．2 试验结果

4．2．1 T型菌对宿主蚜虫在不同UV环境下的影响

4．2．2 Ric型菌对宿主蚜虫在不同UV环境下的影响

4．2．3 U型菌对宿主蚜虫在不同UV环境下的影响

4．3 结论与讨论

第五章 结论与研究展望

5．1 结论

5．2 研究创新点

5．3 研究展望

参考文献

致谢

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