基于COI和Cyt b的中國茶翅蝽生物地理初探.pdf

1、茶翅蝽Halyomorpha halys(St(a)l,1855)為異翅亞目(Heteroptera)、蝽科(Pentatomidae)、蝽亞科(Pentatominae)的一個常見種。廣泛分布于我國、日本、韓國以及其他亞洲國家和地區(qū)，其體型和體色在種內(nèi)變異較大，對一些重要的經(jīng)濟作物造成了嚴重的危害，因其入侵性強，已引起了世界范圍的廣泛關注。本研究試圖通過分子數(shù)據(jù)進行茶翅蝽譜系地理學的探討，并通過入侵地樣本的分析初步探討其入侵情況。

2、r>　　 本研究廣泛選取了中國地區(qū)茶翅蝽的30個地理種群，2個入侵地種群（美國紐約地區(qū)和瑞士蘇黎世地區(qū)），總計257個樣本，每個樣本單獨用于DNA的提取，通過PCR手段擴增線粒體基因，得到長度為866bp的COI基因片段和長度為654bp的Cytb基因片段，加上下載自GenBank的相關序列（韓國），共計258條樣本的序列。將數(shù)據(jù)分為兩類，一類數(shù)據(jù)只包括中國地區(qū)的樣本，而另一類數(shù)據(jù)由中國地區(qū)樣本和入侵地樣本共同組成。對于中國地區(qū)樣本，

3、基于兩個不同的分子標記單獨構建其單倍型矩陣，并基于不同的算法分別單獨構建系統(tǒng)發(fā)育樹(Bayesian、MP、ML、NJ)，結(jié)果顯示，兩種分子標記得到的系統(tǒng)發(fā)育樹的拓撲結(jié)構非常相似，都在整體上分為兩大支系，且兩個支系均具有較高的節(jié)點支持率，支系Ⅰ只包括臺灣地區(qū)的標本;中國其他地區(qū)樣本共同構成支系Ⅱ。兩大支系間不存在共享單倍型，且遺傳距離較大，暗示了兩大支系之間經(jīng)歷了較長期的獨立進化歷史。對于另外一個數(shù)據(jù)集，即包括入侵地樣本和我國樣本的數(shù)據(jù)

4、集，得到的系統(tǒng)發(fā)育樹結(jié)果顯示，其拓撲結(jié)構與只用中國地區(qū)樣本所得到的系統(tǒng)發(fā)育樹并無差別，同樣是分為兩大支系，支系Ⅰ只包括臺灣地區(qū)標本，國內(nèi)其他地區(qū)樣本與來自入侵地種群的樣本共同構成支系Ⅱ，暗示了這兩個入侵地種群的入侵來源很可能是中國大陸及海南地區(qū)，但由于本研究未能涵蓋茶翅蝽原產(chǎn)地的全部范圍，因此不能排除本研究中兩個入侵地種群是由其他原產(chǎn)地地區(qū)（例如韓國、日本等）入侵形成的，但至少可以說明比起中國臺灣地區(qū)，中國大陸及海南地區(qū)作為兩個入侵地種

5、群的入侵來源地的可能性更大。
　　 譜系生物地理學的研究表明，30個地理種群的227個樣本基于COI基因得到102個單倍型，基于Cyt b基因得到80個單倍型，兩個分子標記都顯示出較高的單倍型多樣性Hd:0.8939(COI)，Hd:0.776（Cytb）和較低的核苷酸多樣性π:0.00474(COI)，π:0.00462(Cytb)。這可能與茶翅蝽的進化歷史相對較短或該種經(jīng)歷了近期從祖先種群的快速擴張有關。AMOVA分析結(jié)果表

6、明，不論基于COI基因還是Cytb基因，遺傳分化都主要來自兩大支系之間，而兩大支系內(nèi)的種群間以及種群內(nèi)部都存在較為自由的基因交流。中性檢驗中基于COI基因得到的結(jié)果Tajima's D為-2.21206(p＜0.01)，F(xiàn)u's Fs為-25.38024(p＜0.001);基于Cyt b基因的結(jié)果為:Tajima's D為-2.26066(p＜0.01)，F(xiàn)u's Fs為-25.91844(p＜0.001)，結(jié)果顯示均為顯著地偏離中性進

7、化，說明種群近期經(jīng)歷過快速的擴張。歧點分布分析得到的結(jié)果顯示為平滑的單峰曲線，SSD和HRag的數(shù)值都小且不顯著，說明本研究所用數(shù)據(jù)沒有顯著偏離預期模型，即種群經(jīng)歷了快速擴張，因此利用其得到的τ值2.64844(COI)、2.86523(Cyt b)，并采用COI每百萬年0.6％-1％的變異速率，Cyt b每百萬年1.1-1.8％的變異速率進行分歧時間和擴張時間的估算。根據(jù)結(jié)果推算兩大支系的分歧時間大約在6.83到2.72百萬年前，可以

8、推測兩大支系的分歧早在臺灣島形成之初就已經(jīng)形成，而此后的多次陸橋連接未能使兩支系之間發(fā)生有效的基因交流。而估計大陸支系的擴張時間12.74萬年到7.65萬年之間(COI)、9.96萬年到6.08萬年之間(Cyt b)，此時大約處于第四紀冰期的MS5(海洋氧同位素階段-Marine OxygenIsotope Stage，MIS)時期，正是當時溫暖濕潤的氣候條件使茶翅蝽的種群得以大規(guī)模擴張。
　　 由于大陸海南地區(qū)內(nèi)部沒有明顯的譜

9、系地理結(jié)構，種群之間和種群內(nèi)部均存在很高的基因交流，推測其存在多個避難所，但不同的避難所之間仍存在較高水平的基因交流。由此本研究根據(jù)生態(tài)位模型(ecological niche modeling，ENM)對茶翅蝽冰期時期的分布進行模擬，模擬結(jié)果與本研究的假設基本一致，即茶翅蝽在LGM（末次冰盛期-Last Glacial Maximum，LGM）冰期并沒有形成明顯的片段化分布，推測其基因交流也并沒有因為分布于不同的避難所而受到阻隔，這可

10、能也是導致茶翅蝽支系Ⅱ內(nèi)部沒有明顯譜系地理結(jié)構的一個重要原因。
　　 對于入侵地兩個種群的研究表明，兩個種群的遺傳多樣性都很低，這很可能是由于種群經(jīng)歷了奠基者效應或瓶頸效應。而基于單倍型結(jié)果的分析，來自美國紐約地區(qū)的種群15個樣本都屬于同一個單倍型(COI、Cyt b)，這說明此種群很可能來自一個入侵地或者由一次入侵事件而形成;而來自瑞士的SCZ種群的15個樣本屬于3個(COI)或2個(Cyt b)單倍型，說明該種群很可能來自不