书虱种群遗传多样性及线粒体基因组进化研究

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1、西南大学博士学位论文书虱种群遗传多样性及线粒体基因组进化研究姓名：魏丹丹申请学位级别：博士专业：农业昆虫与害虫防治指导教师：王进军20120602中文摘要书虱(booHice)隶属于啮虫目(Psocoptera)、书虱科(Liposcelididae)、书虱属(上勿DJce凰)，是世界范围内广泛发生并造成严重经济损失的一类储藏物害虫。书虱还能携带、传播病菌和引起过敏反应，直接威胁人们的身体健康。由于书虱具有取食范围广、活动能力强、繁殖率高和繁殖方式多样的特点；在防治上长期不合理地使用化学药剂，使书虱对多种储粮保护剂及熏蒸剂产生了较高

2、的忍耐力或抗药性，其防控难度很大。常见的书虱种常混合发生，因而对书虱进行准确的物种鉴定是书虱有效防控及开展后续相关研究的前提。目前，国内外书虱的研究主要集中在基础生物学、与环境胁迫相关酶系的生理生化及分子生物学、以及应用防治等方面，而对书虱种群遗传与进化的研究非常少见。深入研究书虱种群遗传结构，有利于从分子水平上理解书虱的生态适应及成灾机制，为制定该类害虫的综合防控策略提供遗传学信息。此外，在啮总目中，书虱与寄生虱亲缘关系的界定一直存在争议，用于书虱分子系统发育关系研究的分子标记都局限于个别基因片段的联合或单个基因序列，说服力不强，

3、而基于线粒体基因组序列的系统发育关系的研究，其结果更为准确、可靠。迄今为止，在300多种已完成线粒体基因组测序的昆虫中，仅有一种皮虱属于啮虫目，而关于其它啮虫目昆虫的线粒体基因组至今未见报道。因此，测定书虱线粒体基因组序列，不仅可以丰富昆虫线粒体基因组数量，推动昆虫比较基因组学和分子系统学研究的发展，而且还可阐明啮虫目和虱目之间的亲缘关系，有利于认识和理解两侧对称动物线粒体基因组进化的特征。本学位论文紧密围绕书虱种群遗传与进化这一主线，开展了一系列研究。在建立书虱常见种快速鉴定的分子技术的基础之上，重点解析书虱的种群遗传结构，测序获

4、得书虱线粒体基因组序列，分析书虱线粒体基因组的进化属性和特点，重建基于线粒体基因组序列的啮总目昆虫系统发生关系，并构建书虱微卫星富集文库。本论文的主要研究结果如下：1、在全国范围内采集获得了嗜卷书虱三枷DscP胁6∞柳幽D矽忍池Bad01111el、嗜虫书虱上．已，z幻，，zo础妇(Enderlein)、小眼书虱上．p口P缸Pearman、三色书虱L护icD肠rBadoIlIlel、无色书虱上．沈cDZDr(Pean：nan)和云南书虱上．y“咒甩彻i已咒s如“&Li等6种书虱的20个地理种群。对6种书虱100头个体的核糖体转录内间

5、隔区ITS(ITSl一5．8S—ITS2)基因进行克隆测序发现，6种书虱ITSl序列的长度变异范围在349～390bp之间，而ITS2序列的长度变异范围在198～418bp之间。基于ITS数据集计算的6种书虱种间水平的核苷酸歧异度(0．4167～0．7143)远远高于其他昆西南大学博士学位论文曼曼曼曼皇量皇曼量曼曼皇鲁曼罾曼曼皇曼曼曼量曼曼曼曼皇邕鼻曼曼曼曼曼皇鼍曼曼曼皇量量曼曼曼皇甍墨量曼皇曼量曼曼曼曼曼蔓罾量曼曼曼曼皇鼍詈曼曼皇曼曼曼皇虫属内的种间水平，甚至达到某些昆虫科内的属级水平。鉴于ITS2基因的长度变异更加剧烈；本研究以

6、ITS2作为书虱属内种间鉴定的DNA条形码，建立了一种基于多重PCR技术的快速鉴定这6种书虱的分子方法。利用ITS数据集，采用最大似然法(ML)和邻接法(NJ)构建的系统发育树显示，6种书虱可以很好地分为3支，这与传统形态分类学的结果相一致，说明ITS基因序列也适宜作为书虱分子系统发育关系研究的分子标记。2、为揭示书虱种内遗传多样性水平以及基因流的范围和方式，利用线粒体西场基因部分序列和核糖体ITS全序列对嗜卷书虱和嗜虫书虱共15个地理种群的种群遗传结构进行了比较研究。(1)基于@为数据集，共测序获得了103头嗜卷书虱和148头嗜虫

7、书虱的@幻基因片段，分别得到40个和39个单倍型。综合贝叶斯系统发育树和单倍型网络进化图的分析结果发现，嗜卷书虱的40个单倍型分为两支，它与两大动物地理区划西南区(SWCR)和华中区(CCR)的分布相吻合。对于39个嗜虫书虱单倍型，贝叶斯系统发育树与网络进化图均显示，来自同一种群或同一地理区域的单倍型并未聚在一起，即无种群或区域特异支。多层次的分子变异(AMOVA)分析表明，两种书虱种群在地理区划间存在显著的遗传结构。在进行书虱种群历史动态分析时，中性检验和误配分析参数表明，书虱在近期经历了种群扩张事件。两种书虱成对种群间的固定指数

8、风T值多数大于0．33，说明两种书虱的种群遗传分化程度很高。然而基因流的计算结果显示，在这些种群之间存在着较高水平的基因流。这种看似矛盾的现象是由于书虱独特的生活习性所致，因为书虱种群中的个体趋于与近邻的个体相交配，这是导致其在同一分