粉蚧科昆虫分子鉴定及与长索跳小蜂的协同系统发育研究

发布时间：2020-05-25 22:01

【摘要】：粉蚧科Pseudococcidae昆虫属于半翅目Hemiptera蚧次目Coccomorpha,以吸食植物汁液为食。该科是蚧次目的第二大科,包括270余属2000余种,因其体型微小、生活隐蔽、繁殖力强,给农林生产带来巨大威胁,并且许多种类是世界性的检疫害虫。然而粉蚧形态鉴定困难,加之口岸截获的粉蚧多为若虫无法鉴定,所以需要一种快速有效的鉴定方法来辅助形态分类,比如DNA条形码技术。经典生物防治项目往往依赖专化性高的自然天敌物种,所以了解寄生蜂的寄主专化性至关重要。长索跳小蜂属Anagyrus是粉蚧生物防治应用最成功的的类群,然而,鲜有研究探讨拟寄生蜂(长索跳小蜂)与其昆虫寄主(粉蚧)的协同进化关系。本研究首先以COI(线粒体DNA细胞色素C氧化酶亚基I)和28SD2D3(核糖体大亚基D2-D3扩展区)为分子标记,评估其在粉蚧科昆虫鉴定中的效率,并将DNA条形码技术应用到槭树绵粉蚧复合种的鉴定上;其次,运用协同系统发育的方法分析长索跳小蜂属同其蚧虫寄主的相互作用关系,以期了解寄生蜂的分化过程,结果如下:(1)中国粉蚧科昆虫的DNA条形码研究。以来自中国49个地点的23属54种粉蚧246个个体为研究对象,运用距离法(Best close match,BCM)、进化树法(NJ树)和特征法(BLOG)来检验COI和28S两个分子标记对粉蚧科昆虫的鉴定效率。结果表明,在COI数据集中,所有的物种在NJ树上均形成独立且具有高支持率的进化分支,BLOG可以检测到区分所有物种的特征组合,基于距离法和特征法的鉴定成功率为94.12-99.5%。在28S数据集中,除了柑橘臀纹粉蚧Planococcus citri、大洋臀纹粉蚧P.minor和日本盘粉蚧Coccura suwakoensis,其他粉蚧物种均能在NJ树上形成高支持率的独立分支,BLOG能够在每种粉蚧中发现特有的特征组合,用BCM和BLOG检测其鉴定成功率为98.75-100%。COI数据集的种内遗传距离分别为0-3.54%,种间遗传距离为1.96-21.90%,而28S的种内、种间遗传距离分别为0-3.55%、0.27%-33.36%,虽然种内遗传距离和种间遗传距离存在重叠,但每个物种与姐妹群的种间距离均大于最大种内距离,因此能够实现对物种的准确鉴定。而基于COI基因的PTP分析在远东安粉蚧Antonina tesquorum,鹤虱黑粉蚧Atrococcus paludinus和一种蚁粉蚧Formicococcus sp.三个物种当中产生了更多的MOTUs,其中鹤虱黑粉蚧的28S序列具有3.55%的种内遗传分化,表明这个物种存在隐存种。该结果表明COI和28S基因不仅能高效准确地鉴定粉蚧科昆虫,还可以快速地识别隐存种。此外,粉蚧科昆虫DNA条码数据库的建立为检疫部门通过序列比对快速鉴定有害粉蚧提供了便利。(2)槭树绵粉蚁种团Phenacoccus aceris species-group的整合分类。槭树绵粉蚧P.aceris(Signoret)是一种全北区常见的多食性害虫,其与一些近缘种的分类地位一直存在争议。本研究以17个采集点的116头标本为研究对象,利用分子(COI-5',28SD2D3,EF-1α)和形态(腹脐数量、宽度和管腺在头胸背板的分布格局)数据对该类群进行识别。基于分子数据的分析获取4个高支持率的分支(用PACE1,2,3,4表示),基于此,本研究重新评估了腹脐数用于槭树绵粉蚧种团鉴定的效用。在PACE1,PACE2和PACE4中均发现存在腹脐数的变异,PACE1的变异范围为1-3,PACE2的为3-4,PACE4的为3-5。该结果表明单独以腹脐数不适合槭树绵粉蚧种团的区分。但是,PACE3的所有检视标本有5个腹脐并且第1个的宽度超过第3个宽度的1/3,表明这是一个显著的分类特征。并且背管腺在头胸部的分布格局能将PACE2和PACE4区分开。此外,形态鉴定为槭树绵粉蚧的标本包含3个没有寄主偏好的隐存种(PACE2,3,4),这3种在分子和形态上不同于法国(模式产地)的槭树绵粉蚧,很有可能代表新的物种。基于COI基因的单倍型网络分析发现,我国北方的白蜡树和花椒树同时被多个槭树绵粉蚧种团成员为害,原先根据寄主植物进行鉴定的做法是有误导性的,并且该种团在分类上的混乱很有可能是由于这种混生造成的。(3)长索跳小蜂属与蚧虫寄主的协同系统发育研究。从50批次(占总2600余批次蚧虫样本的1.9%)样本中获得长索跳小蜂标本。形态鉴定为21种蚧虫(20种粉蚧,1种毡蚧),18种小蜂。以177个长索跳小蜂标本为研究对象,获取COI和28SD2序列构建系统发育树,物种界定(GMYC,同域标准,单系性)识别出23个假定种,在5个形态种中发现隐存种,其中,Anagyrussimlaensis和An.rugas各自被分为两个寄主专化的假定种,表明这些类群中存在潜在的寄主专化性。此外,利用TreeMap和Jane4探讨其与寄主的协同进化关系。基于TreeMap的分析表明长索跳小蜂同其寄主的系统发育树并不完美的匹配。基于Jane4的协同系统发育分析发现在三种代价模型中蚧虫和小蜂都能显著拟合,并且分选事件和寄主转移事件的数量最多,表明这两个进化事件在跳小蜂分化中扮演着重要的角色。
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３）通过饲养、形态和分子鉴定，结合寄主信息，检测四突跳小蜂亚科寄生蜂中逡逑是否存在寄主专化的隐存种，并且同文献记载寄主信息比较来检验该亚科是多食性寄逡逑生蜂的假说；逡逑４）在３）的研宄基础上，选取代表属长索跳小蜂属Ｘｗｆｌｇｖｍｓ■及其寄主，进行协逡逑同系统发育分析，探讨两个类群的相互作用关系。逡逑１．４．邋２．研宄目的与意义逡逑鉴于粉蚧重要的经济意义以及形态鉴定的困难，建立我国粉蚧科昆虫ＤＮＡ条形逡逑码数据库，可以使植物检疫人员通过简单的序列比对快速准确地获取物种信息，对预逡逑防有害粉蚧的入侵和扩散、保护我国农业生产和生态安全提供基础。逡逑通过大量采集饲养寄生蜂，可以准确获取这类天敌的寄主信息，填补许多种类的逡逑生物学空白。并且，通过分子鉴定发现潜在寄主专化的寄生蜂为生物防治提供一种新逡逑的可能性。如果证实四突跳小蜂亚科（包括长索跳小蜂属）的专化性程度很高，对于逡逑生物防治来说将是一个好消息，因为成功的生物防治案例往往需要寄主专一的寄生性逡逑天敌。此外，探讨寄生蜂同寄主的协同进化关系，能为物种形成、寄生关系多样化研逡逑宄提供素材和依据。逡逑逦

逦中国粉蚧科昆虫的分子鉴定逦逡逑新开发出用于区分进化树上种群和物种形成事件的方法。该模型的基本假设是分支上逡逑的每一个碱基替换都有小的概率造成物种形成，并且物种间的替换数要明显高于物种逡逑内的替换数。相应的分析在其ｂＰＴＰ网络服务器（ｈｔｔｐ：／／ｓｐｅｃｉｅｓ．ｈ－ｉｔｓ．ｏｒｇ／）上进行，最逡逑大似然树作为输入文件进行ＰＴＰ分析，其他参数选取默认值。如果外群与内群关系逡逑过远，则将外群排除以提高物种识别。使用ｒａｘｍｌＧＵＩ邋（Ｓｉｌｖｅｓｔｒｏ＆邋Ｍｉｃｈａｌａｋ，，邋２０１２）逡逑程序里的ＲＡｘＭＬ（Ｓｔａｍａｔａｋｉｓｅｆｆｌ／．，邋２００８）方法进行最大似然分析，选取ＧＴＲＧＡＭＭＡ逡逑替代模型，通过１００次重复检验（ｂｏｏｔｓｔｒａｐ＝１００）评估节点支持率。逡逑
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S763.35


本文编号：2680804