【摘要】：馬尾松毛蟲(chóng)Dendrolimuspunctatus Walker隸屬于鱗翅目(Lepidoptera)枯葉蛾科(Lasiocampidae)松毛蟲(chóng)屬(Dendrolimus),是我國(guó)危害最嚴(yán)重的森林害蟲(chóng)之一。馬尾松毛蟲(chóng)廣泛分布于我國(guó)秦嶺淮河以南的各省、市、自治區(qū),經(jīng)常大面積爆發(fā),嚴(yán)重影響林木生長(zhǎng)發(fā)育。為了探討馬尾松毛蟲(chóng)地理種群間遺傳結(jié)構(gòu)、種群動(dòng)態(tài)、起源及擴(kuò)散,本研究從9個(gè)省份(湖北、湖南、江西、四川、重慶、貴州、廣東、廣西和安徽)收集了 15個(gè)地理種群的樣本,每個(gè)種群3～4個(gè)樣本,共計(jì)48個(gè)樣本。實(shí)驗(yàn)采用兩種分子標(biāo)記方法進(jìn)行分析,一種是核糖體DNA內(nèi)部轉(zhuǎn)錄間隔區(qū)ITS1標(biāo)記,另一種是線粒體基因標(biāo)記;基于兩種分子標(biāo)記分析馬尾松毛蟲(chóng)不同地理種群的遺傳多樣性、遺傳分化及其系統(tǒng)發(fā)育。主要研究結(jié)果如下:1、松毛蟲(chóng)屬I(mǎi)TS1序列及線粒體基因序列的測(cè)定:利用特異性引物對(duì)ITS1序列完成PCR擴(kuò)增、測(cè)序,剔除測(cè)序失敗的樣本,整理去除兩端測(cè)序不準(zhǔn)的堿基后,最終獲得42條ITS1序列片段,長(zhǎng)652bp。采用高通量測(cè)序技術(shù)(Illumina HiSeq測(cè)序方法)獲得了松毛蟲(chóng)屬58條線粒體基因序列,其中馬尾松毛蟲(chóng)44條,云南松毛蟲(chóng)2條,思茅松毛蟲(chóng)12條。云南松毛蟲(chóng)和思茅松毛蟲(chóng)線粒體序列用于松毛蟲(chóng)屬內(nèi)系統(tǒng)發(fā)育研究,另外云南松毛蟲(chóng)還作為馬尾松毛蟲(chóng)不同地理種群系統(tǒng)發(fā)育的外群。2、馬尾松毛蟲(chóng)線粒體基因組序列及其系統(tǒng)發(fā)育分析:馬尾松毛蟲(chóng)線粒體基因組全長(zhǎng)15417bp,A+T含量為79.6%,包括13個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因,22個(gè)tRNA基因,2個(gè)rRNA基因和一段長(zhǎng)度為320bp的A+T富集區(qū),無(wú)基因重排。基于線粒體基因組的13個(gè)蛋白編碼基因構(gòu)建了鱗翅目蛾類13個(gè)科32種昆蟲(chóng)的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。鱗翅目蛾類各科之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系為:((((((((毒蛾科+燈蛾科)+夜蛾科)+舟蛾科)+(尺蛾科+(蠶蛾科+(天蛾科+大蠶蛾科))))+枯葉蛾科)+(螟蛾科+草螟科))+卷蛾科)+蝙蝠蛾科)。松毛蟲(chóng)屬內(nèi)系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果顯示:馬尾松毛蟲(chóng)與6種近緣種的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系為:(((((油松毛蟲(chóng)+文山松毛蟲(chóng))+赤松毛蟲(chóng))+落葉松毛蟲(chóng))+(思茅松毛蟲(chóng)+云南松毛蟲(chóng)))+家蠶)。3、馬尾松毛蟲(chóng)不同地理種群遺傳多樣性分析:在馬尾松毛蟲(chóng)線粒體全基因組中挑選三個(gè)變異最快的基因序列(ND2-COX1-ND5),以下統(tǒng)稱為組合基因。以ITS1和組合基因作為分子標(biāo)記對(duì)9個(gè)省份采樣點(diǎn)的馬尾松毛蟲(chóng)種群進(jìn)行遺傳多樣性分析。結(jié)果顯示:兩種分子標(biāo)記均顯示四川、廣西、貴州種群有較高的遺傳多樣性,表明三者可能是祖先種群;湖南種群的單倍型多樣性和核苷酸多樣性均較低,可能是一個(gè)年輕種群,或剛經(jīng)歷過(guò)瓶頸效應(yīng);其他種群均呈現(xiàn)出高單倍型多樣性和低核苷酸多樣性,說(shuō)明這些種群可能是由一個(gè)較小的有效種群入侵而快速增長(zhǎng)形成的,進(jìn)化歷史較短,雖然通過(guò)變異積累了單倍型的多態(tài)性,但卻還未能積累核苷酸序列的多樣性,也證明這些種群是較年輕的種群。4、馬尾松毛蟲(chóng)不同地理種群系統(tǒng)發(fā)育及遺傳結(jié)構(gòu)分析:基于馬尾松毛蟲(chóng)ITS1序列采用鄰接法(NJ)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。ITS1分子標(biāo)記將馬尾松毛蟲(chóng)種群分為兩個(gè)大分支A和B,A分支以長(zhǎng)江中下游平原種群為主,另包括貴州錦屏、廣西桂林和四川達(dá)州的部分種群,分支內(nèi)部沒(méi)有顯著地理支系;B分支包括四川盆地種群、廣西百色和廣東羅定種群,三個(gè)種群各自聚類。遺傳結(jié)構(gòu)分析顯示,A分支內(nèi)部遺傳分化系數(shù)FST較小,有較大的基因流,B分支內(nèi)部遺傳分化系數(shù)FST較大,缺乏基因交流,遺傳分化明顯。舍棄由于測(cè)序失敗導(dǎo)致樣本量不足的種群,剩余12個(gè)地理種群,根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析將其分為3大群組,湖北大悟、湖北黃岡、湖南郴州、湖南東安、江西于都和安徽種群為一組,四川達(dá)州、四川宜賓、重慶南川和貴州錦屏種群為一組,廣東羅定種群與廣西百色種群為一組。對(duì)3大群組進(jìn)行AMOVA分析,結(jié)果顯示,3大群組間的遺傳變異占54.73%,3大種群內(nèi)部不同地理種群間的遺傳變異僅占7.05%,另外38.22%的遺傳差異來(lái)自地理種群內(nèi)部個(gè)體間�；隈R尾松毛蟲(chóng)線粒體基因組標(biāo)記,分別構(gòu)建NJ和貝葉斯系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。系統(tǒng)發(fā)育分析將馬尾松毛蟲(chóng)種群分為四大分支:A支是以湖北、湖南、江西和安徽為主的長(zhǎng)江中下游平原地理種群(D.pun HBDW,D.pun HBHA,D.pun HNCZ,D.pun HNDA,D.pun JXYD,D.pun JXXG,Dpun AHHF),外加廣西桂林種群(D.pun GXGL)和貴州種群(D.pun GZJP)的部分樣本;廣東羅定種群(D.pun GDLD)以100的支持率聚為B支;C支是以四川盆地為主的地理種群(D.pun.CQNC,D.pun.CQYB,D.pun.SCDZ),外加貴州錦屏(D.pun GZJP)種群的兩個(gè)樣本和湖南東安(D.pun HNDA)的一個(gè)樣本;D支為廣西百色(D.pun GXBS)和四川宜賓(D.pun SCYB)種群。遺傳結(jié)構(gòu)分析顯示,四大分支除了D分支外,其他分支內(nèi)部遺傳分化水平相對(duì)較低,A支內(nèi)部遺傳分化水平最低。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果和地理位置將馬尾松毛蟲(chóng)分為2大群組,長(zhǎng)江中下游平原種群和貴州錦屏種群為一組,四川盆地種群、廣東和廣西種群為一組,對(duì)其進(jìn)行AMOVA分析,結(jié)果顯示馬尾松毛蟲(chóng)種群內(nèi)的遺傳分化很高,大部分分布在地理種群個(gè)體間。綜合兩種分子標(biāo)記的分析結(jié)果表明馬尾松毛蟲(chóng)種群初步具有相對(duì)獨(dú)立的地理分布,各大群組代表不同的遺傳譜系,各自獨(dú)立進(jìn)化。同時(shí)地理種群內(nèi)部個(gè)體間也存在明顯的遺傳分化。馬尾松毛蟲(chóng)地理種群歷史動(dòng)態(tài)研究和溯祖時(shí)間分析:基于兩種分子標(biāo)記(ITS1和組合基因)分析馬尾松毛蟲(chóng)種群的Tajima's D和Fu's Fs值,結(jié)果均顯示馬尾松毛蟲(chóng)種群近期經(jīng)歷過(guò)種群擴(kuò)張。BSP分析結(jié)果顯示在較長(zhǎng)的一段時(shí)間里馬尾松毛蟲(chóng)種群處于穩(wěn)定狀態(tài),直到距今10萬(wàn)年前,馬尾松毛蟲(chóng)種群開(kāi)始急劇擴(kuò)張。對(duì)馬尾松毛蟲(chóng)不同地理種群的溯祖分析顯示馬尾松毛蟲(chóng)分歧開(kāi)始于34.74萬(wàn)年前(95%HPD:38.92～30.58萬(wàn)年前),對(duì)應(yīng)中國(guó)第四紀(jì)冰期的廬山冰期(37～24萬(wàn)年前),大規(guī)模的分歧開(kāi)始于10～7萬(wàn)年前,與BSP分析結(jié)果相吻合。綜合遺傳多樣性分析、系統(tǒng)發(fā)育分析和溯祖時(shí)間分析,初步推測(cè),四川宜賓和廣西百色種群可能是馬尾松毛蟲(chóng)在廬山冰期時(shí)的避難所,也是廬山冰期后的擴(kuò)散起點(diǎn)。馬尾松毛蟲(chóng)種群經(jīng)歷了冰期-間冰期的冷暖交替,兩個(gè)起源地種群自西向東開(kāi)始擴(kuò)散,四川宜賓種群經(jīng)貴州向長(zhǎng)江中下游平原地區(qū)擴(kuò)散,廣西種群向東擴(kuò)散到廣東地區(qū)。綜上所述,本研究基于核基因和線粒體基因兩種標(biāo)記首次對(duì)馬尾松毛蟲(chóng)不同地理種群的遺傳結(jié)構(gòu)、種群動(dòng)態(tài)、起源及擴(kuò)散進(jìn)行研究,揭示了馬尾松毛蟲(chóng)的起源和分化狀況,為分析其適應(yīng)性進(jìn)化、制定相應(yīng)的精準(zhǔn)防控措施等提供了分子理論依據(jù)。
【圖文】：

因間隔區(qū)有１７處，共２０１ｂｐ，ｔｍＱ和ＮＤ２之間間隔最長(zhǎng)為５８ｂｐ，其次是ｔｍＹ和ＣＯＸ１逡逑；基因重疊有７處，共２３ｂｐ，最長(zhǎng)一處位于ｔｍＷ和ｔｍＣ之間，重疊序列為８ｂｐ；既無(wú)逡逑重疊又無(wú)間隔的區(qū)域共有１３處。馬尾松毛蟲(chóng)的基因結(jié)構(gòu)及順序見(jiàn)圖２－１及表２－２。逡逑－９－逡逑

２．４．１．３邋ｔＲＮＡ基因及ｒＲＮＡ基因的結(jié)構(gòu)分析逡逑馬尾松毛蟲(chóng)線粒體基因組一共檢測(cè)到２２個(gè)ｔＲＮＡ基因，Ａ＋Ｔ的含量為８０．９％，逡逑ｔＲＮＡ基因的長(zhǎng)度在６１－７１ｂｐ間。其中亮氨酸和絲氨酸均包含兩組同功受體。根據(jù)逡逑ｔＲＮＡＳｃａｎ－ＳＥ的預(yù)測(cè)及輔助人工校正的方法，對(duì)馬尾松毛蟲(chóng)線粒體基因組ｔＲＮＡ的二級(jí)逡逑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。２２個(gè)ｔＲＮＡ基因中，，２１個(gè)可以形成常規(guī)的三葉草結(jié)構(gòu)，而ｔＲＮＡＳＣＴ（Ａ0Ｎ）逡逑因缺ＤＨＵ臂而無(wú)法形成典型的ｔＲＮＡ二級(jí)結(jié)構(gòu)（圖２－３）。在馬尾松毛蟲(chóng)線粒體基因組逡逑２２個(gè)基因的二級(jí)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了邋２２對(duì)堿基錯(cuò)配現(xiàn)象，其中Ｇ－Ｕ錯(cuò)１６個(gè)，Ｕ－Ｕ錯(cuò)配４個(gè)逡逑，Ｕ－Ｃ和Ａ－Ｃ錯(cuò)配各１個(gè)。Ａ－Ｃ錯(cuò)配出現(xiàn)在ｔＲＮＡＳＣＴ（ＧＣＴ）的反密碼子臂上，Ｕ－Ｃ錯(cuò)配出逡逑現(xiàn)在ｔＲＮＡＴｈｒ（ＴＧＴ）的ＴＹＣ臂上，４個(gè)Ｕ－Ｕ錯(cuò)配分別位于ｔＲＮＡｃｙｓ（ＧＣＡ）的ＴＴＣ臂以及逡逑ｔＲＮＡＬｅｕ（ＴＡＡ）、ｔＲＮＡＳｅｉ＜ＴＧＡ）和ｔＲＮＡＡｌａ（ＴＧＣ）的氨基酸接受臂上。１７個(gè)Ｇ－Ｕ錯(cuò)配在氨基酸逡逑接受臂、ＴＴＣ臂、二氫尿嘧啶臂和反密碼子臂上均有出現(xiàn)。這些錯(cuò)配是符合擺動(dòng)配對(duì)原逡逑則的，對(duì)維持ｔＲＮＡ二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定起著重要的作用。逡逑ｒＲＮＡ基因是一類相對(duì)分子量較大的ＲＮＡ基因，可與蛋白質(zhì)結(jié)合形成核糖體。馬逡逑尾松毛蟲(chóng)線粒體的核糖體小亞基ｒｍＳ基因和核糖體大亞基ｒｍＬ基因的長(zhǎng)度分別是７７９ｂｐ逡逑
【學(xué)位授予單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S763.421

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2691029