全 文 ：中国北方球孢白僵菌的遗传多样性和种群遗传结构*
何玲敏摇 胡晓磊摇 陈摇 雪摇 张胜利摇 栾丰刚摇 李增智**
(安徽农业大学微生物防治安徽省重点实验室, 合肥 230036)
摘摇 要摇 将在中国北方 13 省采集分离的 622 株球孢白僵菌按省份划分成 13 个亚种群,其中
寄主可以鉴定到目的 8 目昆虫和蜘蛛目的 568 株按目划分成 9 个亚种群,用 ISSR(简单重复
序列区间)分子标记技术进行遗传多样性和种群遗传结构分析. 结果表明: 各多样性指数皆
显示我国北方地区球孢白僵菌的遗传多样性水平较高,种群的异质性较强.其中内蒙古亚种
群的遗传多样性和种群异质性最高,河南亚种群最低;鳞翅目亚种群的遗传多样性和种群异
质性最高,蜘蛛目亚种群最低.河南与辽宁亚种群间以及蜘蛛目与螳螂目亚种群间的遗传分
化系数以及遗传距离最大,宁夏与陕西亚种群间以及鞘翅目与膜翅目亚种群间最小.按寄主
目划分的亚种群间的平均遗传分化系数和平均遗传距离均低于按省份划分的亚种群.这些结
果以及基于遗传距离的亚种群聚类分析都证明我国北方球孢白僵菌的遗传谱系与寄主来源
和地理来源均无关系.我国北方球孢白僵菌的变异主要是由各不同寄主目内科间及属间的变
异造成的,也是由各省不同采集地以及采集地内部不同微生境间的差异造成的.
关键词摇 球孢白僵菌摇 ISSR摇 遗传多样性摇 种群遗传结构
文章编号摇 1001-9332(2012)11-3087-09摇 中图分类号摇 Q347 摇 文献标识码摇 A
Genetic diversity and population genetic structure of Beauveria bassiana in northern China.
HE Ling鄄min, HU Xiao鄄lei, CHEN Xue, ZHANG Sheng鄄li, LUAN Feng鄄gang, LI Zeng鄄zhi (An鄄
hui Province Key Laboratory of Microbial Control, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, Chi鄄
na) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(11): 3087-3095.
Abstract: A total of 622 isolates of Beauveria bassiana collected from 13 provinces in northern Chi鄄
na were divided into 13 provincial subpopulations, and 568 of the 622 isolates belonging to 8 insect
orders and Araneida, whose hosts could be indentified to order level, were divided into 9 host order
subpopulations, with the genetic diversity and population genetic structure of the B. bassiana in
northern China analyzed by using ISSR (inter鄄simple sequence repeat) technique. All the diversity
indices showed that the B. bassiana in northern China had higher genetic diversity and population
heterogeneity. Among the B. bassiana subpopulations, Inner Mongolia subpopulation and Lepidop鄄
tera subpopulation showed the highest genetic diversity and population heterogeneity, while Henan
subpopulation and Araneida subpopulation showed the lowest ones. The genetic differentiation index
and genetic distance between Henan and Liaoning subpopulations and between Araneida and Man鄄
todea subpopulations were the highest, while those between Ningxia and Shaanxi subpopulations and
between Coleoptera and Hymenoptera subpopulations were the lowest. The mean genetic differentia鄄
tion index and mean genetic distance between the host order subpopulations were lower than those
between the provincial subpopulations. These results and the subpopulation clustering analysis
based on the genetic distance of subpopulations all demonstrated that the genetic lineage of B. bassi鄄
ana isolates in northern China was associated with neither their geographic origin nor their host ori鄄
gin. The variation of B. bassiana in northern China was mainly caused by the variation between
families and between genera of different host orders, and also, caused by the diversity between dif鄄
ferent collection sites and between different microhabitats within the collection sites.
Key words: Beauveria bassiana; ISSR; genetic diversity; population genetic structure.
*国家自然科学基金项目(30972368)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zzli@ ahau. edu. cn
2012鄄02鄄15 收稿,2012鄄08鄄17 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 11 月摇 第 23 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2012,23(11): 3087-3095
摇 摇 球孢白僵菌(Beauveria bassiana,以下简称“白
僵菌冶)是世界性分布、寄主范围较广且最常见的昆
虫病原真菌,是影响虫口自然调节的重要因子和害
虫生物防治的重要资源,在我国广泛应用于防治多
种农林害虫,其中在南方防治马尾松毛虫(Dendroli鄄
mus punctatus)和在东北防治玉米螟(Ostrinia furna鄄
calis)是世界上最大和最成功的生物防治项目之一,
经济、生态和社会效益十分显著.白僵菌自然群体中
存在较高的遗传多样性和种群异质性[1];不同菌株
的生态习性以及对寄主昆虫的毒力[2]和侵染力[3]
都存在较大差异,而不同的种群遗传结构可能对农
林虫害的持续控制发挥不同作用[4] .
关于白僵菌遗传多样性的众多研究,不管是不
同地域分离株构成的白僵菌大种群,如 Fernandes
等[5]用 MLEE(多位点酶电泳)和 AFLP(限制性片
段长度多态性)技术对巴西白僵菌的研究,Takatsu鄄
ka[6]采用 ISSR鄄PCR(锚定简单重复序列区间聚合酶
链式反应)扩增技术对日本白僵菌的研究,还是一
些局部范围的中小种群,如李旻等[7]用 ISSR分子标
记技术对安徽大别山区白僵菌的研究,Hollingsworth
等[8]用 SSR(微卫星标记)和 ITS(内转录间隔区)序
列测定技术对夏威夷白僵菌的研究;不管是对天然
林还是人工林中白僵菌的多样性研究,如陈明君
等[9]对皖东滁州琅琊山天然次生林和皖南宣城马
尾松人工纯林中的白僵菌的研究,都表明白僵菌具
有较高的遗传多样性.然而,这些研究仅单纯地着眼
于遗传多样性,并未从种群的角度来研究其遗传结
构及异质性,因此难以了解种群内部的一些关系.
本研究拟采用近年来广泛使用的较成熟的 IS鄄
SR分子标记技术对我国北方(秦岭鄄淮河以北)13
个省份的球孢白僵菌种群进行遗传多样性和种群异
质性研究,综合分析我国北方白僵菌的遗传谱系与
地理来源和寄主来源的关系,以及不同的白僵菌群
体的遗传关系.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试菌株
调查采集地包括北方 13 个省(区)21 个县市的
23 个采集地,最远的点(新疆昭苏—吉林抚松)直线
距离约 3770 km(图 1).每省(区)1 ~ 3 个调查采集
地,在 3 ~ 5 km的路线上全面调查,仔细采集感染真
菌病死亡的僵虫. 僵虫用多果定鄄燕麦选择性培养
基[10]分离,SDAY 培养基纯化,经显微形态鉴定后,
保存于安徽农业大学微生物防治省重点实验室
RCEF(虫生真菌研究中心)菌种库.从 23 个点采集
的昆虫和蜘蛛上共分离得到白僵菌 622 株(表 1);
其中有 568 株的寄主可以识别到 9 个目,其分布如
下:鞘翅目 207 株,鳞翅目 81 株,半翅目 81 株,膜翅
目 71 株,同翅目 59 株,螳螂目 39 株,双翅目 15 株,
直翅目 9 株,蜘蛛目 6 株.
1郾 2摇 菌丝制备
将供试菌株涂布接种到加铺玻璃纸的 SDAY培
养基上.置于光照培养箱中(25依1) 益培养 4 d 左
右,待大量产生菌丝后, 从玻璃纸上剥离菌体, 冻
干后于-20 益保存备用.
1郾 3摇 DNA提取与 ISSR引物的筛选
参照朱衡等[11] 的方法提取菌体总 DNA,以
0郾 8%的琼脂糖凝胶电泳检测 DNA 质量. 用核酸测
定仪测得浓度后,将样品浓度稀释到 20 ng·滋L-1,
保存于-20 益备用.根据李旻等[7] 、余艳等[12]的方
图 1摇 中国北方球孢白僵菌的采集地点分布示意图
Fig. 1摇 Schetch of collection sites of Beauveria bassiana isolates in northern China郾
8803 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 1摇 北方 13 省(区)调查采集地及 622 株菌株的分布
Table 1摇 Locations and distributions of the 622 isolates of Beauveria bassiana collected
省(区)
Province
采集地
Collection
site
菌株数
Isolate
number
省(区)
Province
采集地
Collection
site
菌株数
Isolate
number
省(区)
Province
采集地
Collection
site
菌株数
Isolate
number
新疆 新源 Xinyuan 3 内蒙古 准格尔 Zhungeer 6 吉林 Jilin 长春 Changchun 19
Xinjiang 巩留 Gongliu 10 Inner Mongolia 额尔古纳 Eerguna 45 抚松 Fusong 11
昭苏 Zhaosu 11 陕西 Shaanxi 旬邑 Xunyi 113 辽宁 Liaoning 宽甸 Kuandian 8
甘肃 Gansu 天水 Tianshui 18 山西 Shanxi 古交 Gujiao 9 山东 Shandong 崂山 Laoshan 27
正宁 Zhengning 11 河南 Henan 南召 Nanzhao 18 平阴 Pingyin 6
成县 Chengxian 1 河北 Hebei 宽城 Kuancheng 24 费县 Feixian 7
宁夏 Ningxia 泾源 Jingyuan 192 黑龙江 Heilongjiang 尚志 Shangzhi 45 安徽 Anhui 萧县 Xiaoxian 38
法,从每个省份各选两株球孢白僵菌对 23 个引物进
行预试验,从中选取 9 个扩增条带清晰、多态性好的
引物用于供试菌株的 PCR扩增.
1郾 4摇 ISSR鄄PCR扩增
ISSR鄄PCR扩增反应在 PCR 扩增仪(Bio鄄Rad)
上进行.本试验所用的 10伊 PCR缓冲液(含 Mg2+)和
Taq DNA 聚合酶购自 Fermentas;dNTPs 及 GM339
DNA Marker(200 ~ 2000 bp)购自上海生工生物工程
技术有限公司;引物由上海捷瑞生物工程有限公司
合成.反应体系(15 滋L)如下:1郾 5 滋L 10伊 PCR缓冲
液(200 mmol· L-1 Tris鄄HCl,pH 8郾 4;2郾 5 mmol·L-1
MgCl2;500 mmol · L-1 KC1 ), 0郾 25 mmol · L-1
dNTPs,0郾 6 滋mo1· L-1引物,0郾 5 U Taq DNA多聚酶
和 20 ng模板 DNA,以 DEPC 水补齐至 15 滋L. PCR
扩增程序:94 益预变性 2 min,然后 94 益变性 45 s,
48 ~ 54 益复性 45 s,72 益延伸 1郾 5 min,共 35 个循
环,最后 72 益延伸 10 min. PCR 产物在 1郾 5%琼脂
糖凝胶(含溴化乙锭终浓度为 0郾 5 滋g·mL-1)中电
泳.电泳结束后使用 Alpha ImagerTM IS鄄2200 凝胶成
像系统自带的 AlphaEase FC软件拍照.
1郾 5摇 数据处理
电泳图谱采用 BandScan 5郾 0 软件与人工读带相
结合的方法进行电泳条带迁移率分析,按照采集地
点、寄主信息分为不同的亚种群,利用 Popgene 1郾 32
软件计算各亚种群的有效等位基因数(Ne)、Nei 基因
多样性指数(He)、Shannon 信息指数( Is)、多态位点
百分率(PPL)、群体内基因多样度(Hs)、总基因多样
度(Ht)、遗传分化系数(Gst)以及基因流(Nm),并进
行亚种群间的 UPGMA(类平均法)聚类分析.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 ISSR引物的多态性分析
对 23 个 ISSR引物进行预试验,筛选出扩增结
果稳定、多态性好的 9 个引物,并建立了 ISSR 的最
佳反应体系用于本研究. 引物的序列及扩增结果见
表 2.
9 个引物对 622 株球孢白僵菌进行 ISSR鄄PCR
扩增共得到 216 个清晰的条带,由表 2 可知,9 个引
物的 PPL 均为 100% ,单个引物的扩增位点数目从
16 ~ 28 不等,平均 24 条.各引物的 He 和 Is 均较高:
表 2摇 筛选出的 9 个引物及其扩增特征
Table 2摇 ISSR primers screened out and their amplification properties
引物
Primer
序列(5忆鄄3忆)
Sequence(5忆鄄3忆)
复性温度
Annealing temperature
(益)
扩增位点数
Number of
amplified bands
多态位点数
Number of
polymorphic bands
PPL
(% )
He Is
P5 (AAG) 6 48 16 16 100 0郾 342 0郾 514
P6 (AG) 8S 54 22 22 100 0郾 346 0郾 520
P10 (AC) 8YC 52 21 21 100 0郾 338 0郾 511
P11 (AG) 8C 54 22 22 100 0郾 321 0郾 492
P12 TG(CA) 6C 50 25 25 100 0郾 370 0郾 546
P14 (AC) 8 52 28 28 100 0郾 417 0郾 604
P17 (CTC) 4GC 54 26 26 100 0郾 322 0郾 495
P19 DD(CCA) 5 53郾 5 28 28 100 0郾 410 0郾 598
P26 (GTC) 5TC 54 28 28 100 0郾 355 0郾 532
平均 Mean 24 24 100 0郾 361 0郾 538
Y:(C,T); S:(C,G); He:Nei基因多样性指数 Nei爷s gene diversity index; Is:Shannon信息指数 Shannon爷s information index; PPL:多态位点百分
率 Percentage of polymorphic loci. 下同 The same below.
980311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 何玲敏等: 中国北方球孢白僵菌的遗传多样性和种群遗传结构摇 摇 摇 摇 摇 摇
He 从 0郾 321 ~ 0郾 417,平均为 0郾 361; Is 从 0郾 492 ~
0郾 604,平均为 0郾 538.
2郾 2摇 种群的遗传多样性水平分析
将采集自我国北方地区的 622 株球孢白僵菌作
为一个大种群进行遗传多样性分析,结果表明,其
PPL为 100% ,He 为 0郾 361,Is 为 0郾 538,总体上显示
我国北方地区白僵菌的遗传多样性水平较高,种群
的异质性较强.
2郾 2郾 1 不同省份亚种群的遗传多样性摇 将我国北方
地区的白僵菌按省份划分为 13 个亚种群,种群的总
体 He 为 0郾 361, Is 为 0郾 538. 各亚种群的 PPL 在
70郾 8% (河南) ~ 99郾 5% (黑龙江) (表 3),与总的
PPL相比各亚种群的相对较小. Nei基因多样性指数
(He)范围在 0郾 197 (河南) ~ 0郾 360 (内蒙古、黑龙
江),Shannon信息指数( Is)范围在 0郾 309(河南) ~
0郾 537(内蒙古).由表 3 可知,内蒙古和黑龙江两个
亚种群的 PPL 和两个多样性指数皆最大,表明这两
个亚种群的遗传多样性最高;而河南亚种群的 PPL
和两个多样性指数皆最低,表明其遗传多样性最低.
利用 SPSS软件,对各省份亚种群的样本数与其 He、
Is 和 PPL 3 个指标进行相关性分析,皮尔逊相关系
数 R分别为 0郾 029、0郾 090 和 0郾 563,除样本数与 PPL
外,相关程度皆极小;而概率值 P 分别为 0郾 926、
0郾 770 和 0郾 045,除样本数与 PPL间稍小于 0郾 05 外,
皆极大于 0郾 05.因此样本多少对于多样性指标无显
著影响.
表 3摇 不同省份球孢白僵菌亚种群的遗传多样性指标
Table 3 摇 Genetic diversity indices of different provincial
subpopulations of Beauveria bassiana
亚种群
Subpopulation
样本数
Sample
number
Ne He Is PPL
(% )
NX 192 1郾 440 0郾 274 0郾 426 98郾 2
HX 113 1郾 468 0郾 286 0郾 442 98郾 6
HB 24 1郾 383 0郾 231 0郾 356 78郾 7
HN 18 1郾 319 0郾 197 0郾 309 70郾 8
XJ 24 1郾 412 0郾 255 0郾 393 83郾 8
GS 30 1郾 471 0郾 271 0郾 406 81郾 0
AH 38 1郾 381 0郾 234 0郾 364 85郾 2
SX 9 1郾 492 0郾 284 0郾 422 76郾 9
NM 51 1郾 612 0郾 360 0郾 537 99郾 1
HL 45 1郾 620 0郾 360 0郾 535 99郾 5
JL 30 1郾 627 0郾 357 0郾 529 98郾 6
LN 8 1郾 556 0郾 316 0郾 465 81郾 5
SD 40 1郾 590 0郾 344 0郾 514 97郾 7
合计 Total 622 1郾 612 0郾 361 0郾 538 100
AH:安徽 Anhui; GS:甘肃 Gansu; HB:河北 Hebei; HL:黑龙江 Hei鄄
longjiang; HN:河南 Henan; HX:陕西 Shaanxi; JL:吉林 Jilin; LN:辽
宁 Liaoning; NM:内蒙古 Inner Mongolia; NX:宁夏 Ningxia; SD:山东
Shandong; SX:山西 Shanxi; XJ:新疆 Xinjiang. Ne:有效等位基因数
Effective allele number. 下同 The same below郾
2郾 2郾 2 不同寄主目亚种群的遗传多样性摇 将 568 株
白僵菌按寄主目划分为 9 个亚种群(表 4),种群的
总体 He 为 0郾 359,Is 为 0郾 536,与按分省计所得的两
个多样性指数十分接近.各亚种群的 PPL 在 66郾 2%
(蜘蛛目) ~ 100% (鞘翅目、膜翅目),与总的 PPL相
比各亚种群的相对较小. Nei 基因多样性指数(He)
范围在 0郾 257(螳螂目) ~ 0郾 394(鳞翅目),Shannon
信息指数( Is)范围在 0郾 382(蜘蛛目) ~ 0郾 575(鳞翅
目),其中鳞翅目、鞘翅目、膜翅目 3 个亚种群的遗
传多样性较高,而螳螂目和蜘蛛目两个亚种群最低.
利用 SPSS软件,对各寄主目亚种群的样本数与其
He、Is 和 PPL 3 个多样性指标进行相关性分析,皮尔
逊相关系数 R 分别为 0郾 612、0郾 645 和 0郾 659,相关
程度均不高;概率值 P 分别为 0郾 080、 0郾 060 和
0郾 053,均大于 0郾 05.因此样本多少对于多样性指标
无显著影响.
2郾 3摇 亚种群间的遗传分化
根据总的基因多样度 Ht 和群体内基因多样度
Hs 计算各亚种群间的遗传分化水平 Gst,基于各亚
种群两两比较得出各亚种群间的遗传分化程度(表
5、表 6).
2郾 3郾 1 不同省份亚种群 摇 对 13 个省份亚种群的遗
传分化进行研究,结果表明,中国北方白僵菌种群总
基因多样度 Ht 平均为 0郾 378,种群内基因多样度 Hs
平均为 0郾 290,遗传分化系数 Gst平均为 0郾 233,基因
流 Nm 平均为 0郾 824.按照种群遗传学[13]的标准,这
个大种群内部存在着高度的遗传分化(Gst在 0郾 15 ~
0郾 25),其总变异中只有23郾 3%是由亚种群间的变
表 4摇 不同寄主目球孢白僵菌亚种群的遗传多样性指标
Table 4 摇 Genetic diversity indices of Beauveria bassiana
subpopulations from different insect orders
亚种群
Subpopulation
样本数
Sample
number
Ne He Is PPL
(% )
CL 207 1郾 600 0郾 356 0郾 533 100
LP 81 1郾 698 0郾 394 0郾 575 99郾 5
HE 81 1郾 510 0郾 313 0郾 481 99郾 5
HY 71 1郾 590 0郾 348 0郾 522 100
HO 59 1郾 488 0郾 295 0郾 454 97郾 2
MT 39 1郾 430 0郾 257 0郾 393 88郾 0
DP 15 1郾 554 0郾 324 0郾 484 90郾 3
OT 9 1郾 438 0郾 263 0郾 398 75郾 9
AR 6 1郾 451 0郾 259 0郾 382 66郾 2
合计 Total 568 1郾 609 0郾 359 0郾 536 100
AR:蜘蛛目 Araneida; CL:鞘翅目 Coleoptera; DP:双翅目 Diptera;
HE:半翅目 Hemiptera; HO:同翅目 Homoptera; HY:膜翅目 Hyme鄄
noptera; LP:鳞翅目 Lepidoptera; MT:螳螂目 Mantodea; OT:直翅目
Orthoptera. 下同 The same below.
0903 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 5摇 不同省份球孢白僵菌亚种群间的基因流和遗传分化系数
Table 5摇 Gene flow Nm and genetic differentiation coefficient Gst between different provincial subpopulations of Beauveria
bassiana
亚种群
Subpopulation
NX HX HB HN XJ GS AH SX NM HL JL LN SD
NX 1 11郾 851 2郾 474 2郾 188 2郾 990 2郾 713 0郾 987 2郾 001 1郾 360 1郾 401 3郾 061 1郾 132 1郾 264
HX 0郾 021 1 2郾 868 2郾 206 3郾 137 3郾 128 1郾 092 2郾 256 1郾 424 1郾 499 3郾 615 1郾 192 1郾 338
HB 0郾 092 0郾 080 1 2郾 686 2郾 240 1郾 626 0郾 861 1郾 294 1郾 100 1郾 106 1郾 948 0郾 881 1郾 093
HN 0郾 103 0郾 102 0郾 085 1 2郾 975 1郾 595 0郾 860 1郾 059 0郾 985 0郾 952 1郾 581 0郾 794 0郾 940
XJ 0郾 077 0郾 074 0郾 084 0郾 078 1 2郾 066 1郾 024 1郾 530 1郾 307 1郾 436 2郾 431 1郾 053 1郾 232
GS 0郾 084 0郾 074 0郾 133 0郾 136 0郾 108 1 1郾 102 1郾 634 1郾 296 1郾 600 3郾 652 1郾 165 1郾 159
AH 0郾 202 0郾 186 0郾 225 0郾 225 0郾 196 0郾 185 1 1郾 091 1郾 007 1郾 067 1郾 390 0郾 880 1郾 189
SX 0郾 111 0郾 100 0郾 162 0郾 191 0郾 141 0郾 133 0郾 186 1 1郾 302 1郾 602 3郾 152 1郾 181 1郾 680
NM 0郾 155 0郾 149 0郾 185 0郾 203 0郾 161 0郾 162 0郾 199 0郾 161 1 2郾 404 2郾 252 2郾 474 2郾 579
HL 0郾 152 0郾 143 0郾 184 0郾 208 0郾 148 0郾 135 0郾 190 0郾 135 0郾 094 1 3郾 638 2郾 428 2郾 288
JL 0郾 076 0郾 065 0郾 114 0郾 137 0郾 093 0郾 064 0郾 152 0郾 074 0郾 100 0郾 064 1 2郾 155 2郾 296
LN 0郾 181 0郾 173 0郾 221 0郾 239 0郾 192 0郾 177 0郾 221 0郾 175 0郾 092 0郾 093 0郾 104 1 1郾 748
SD 0郾 165 0郾 157 0郾 186 0郾 210 0郾 169 0郾 177 0郾 174 0郾 130 0郾 088 0郾 099 0郾 098 0郾 125 1摇 摇
对角线上方数据为基因流,下方数据为遗传分化系数 Gene flow Nm was above diagonal and genetic differentiation coefficient Gst below diagonal. 下同
The same below.
表 6摇 不同寄主目球孢白僵菌亚种群间的基因流和遗传分化系数
Table 6摇 Gene flow Nm and genetic differentiation coefficient Gst between different insect order subpopulations of Beauveria
bassiana
亚种群
Subpopulation
HO CL HE DP HY LP MT OT AR
HO 1 11郾 639 10郾 881 6郾 199 11郾 974 5郾 348 1郾 483 7郾 113 4郾 427
CL 0郾 021 1 10郾 501 10郾 055 23郾 422 16郾 776 2郾 108 7郾 286 3郾 923
HE 0郾 023 0郾 023 1 6郾 000 11郾 829 5郾 924 1郾 598 6郾 549 3郾 292
DP 0郾 034 0郾 024 0郾 040 1 11郾 421 7郾 565 1郾 499 4郾 689 3郾 197
HY 0郾 021 0郾 011 0郾 021 0郾 021 1 11郾 321 1郾 981 8郾 009 4郾 471
LP 0郾 045 0郾 015 0郾 041 0郾 032 0郾 022 1 2郾 093 4郾 496 3郾 305
MT 0郾 144 0郾 106 0郾 135 0郾 143 0郾 112 0郾 107 1 1郾 528 1郾 162
OT 0郾 034 0郾 033 0郾 037 0郾 051 0郾 030 0郾 053 0郾 141 1 3郾 432
AR 0郾 054 0郾 060 0郾 071 0郾 073 0郾 053 0郾 070 0郾 177 0郾 068 1摇 摇
异所造成的,而 76郾 7%是由亚种群内的变异,即各
省不同采集地以及采集地内部不同微生境间的差异
所造成的,这是由于亚种群间基因交换不畅(Nm 远
低于 1)所致.不同的微生境不仅温度、湿度和光照
等物理因子不同,而且生物因子也会有差异,尤其是
白僵菌的寄主组成可能会差异较大,这些都会造成
白僵菌亚种群内的变异.
由表 5 可知,不同省份亚种群间的 Nm 范围在
0郾 794(河南 /辽宁) ~ 11郾 851(宁夏 /陕西),Gst范围
在 0郾 021(宁夏 /陕西) ~ 0郾 239(河南 /辽宁),从几乎
无遗传分化(Gst<0郾 05)到高度遗传分化,变动幅度
很大.其次,甘肃和吉林这两个相距近 2000 km、中
间隔着陕西、山西、河北和辽宁等地的两个亚种群间
的 Gst仅为 0郾 064,Nm 为 3郾 652;而河南和安徽这两
个相邻亚种群间的 Gst则高达 0郾 225.值得注意的是,
新疆、甘肃、陕西、山西和吉林亚种群与所有亚种群
间的 Nm 都超过基因交流流畅、群体倾向均值化的
阈值 1[14];而安徽亚种群与所有亚种群间的 Gst都超
过 0郾 15 的基因高度分化的阈值[13] .
2郾 3郾 2 不同寄主目亚种群摇 对 9 个寄主目亚种群进
行遗传分化研究,结果表明,Ht 平均值为 0郾 347,Hs
平均值为 0郾 312,Gst平均值为 0郾 100(只略超中度分
化水平的阈值 0郾 05),Nm 为 2郾 245.除螳螂目亚种群
与其他各亚种群间的 Nm 较小(但仍大于 1)之外,其
余各亚种群间的 Nm 均较大,这表明白僵菌在各目
寄主间的基因交流较强,以致不同寄主目的白僵菌
遗传分化水平较低.总变异中仅 10%是由亚种群间
的变异造成的,而 90%则是由各亚种群内的变异(即
科间及科属间的变异)造成的.不同寄主目亚种群间
的 Nm 值均超过 1,在 1郾 162 (蜘蛛目 /螳螂目) ~
23郾 422(鞘翅目 /膜翅目);Gst在 0郾 011(鞘翅目 /膜翅
目) ~ 0郾 177 (蜘蛛目 /螳螂目) (表 6). 这些证据都
190311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 何玲敏等: 中国北方球孢白僵菌的遗传多样性和种群遗传结构摇 摇 摇 摇 摇 摇
表明白僵菌在不同目寄主间遗传分化较小,具有不
同的遗传趋同性.
2郾 4摇 亚种群间的遗传一致度及遗传距离
2郾 4郾 1 不同省份亚种群摇 利用 Popgene 1郾 32 软件对
13 个不同省份亚种群两两间的遗传一致度 I 和遗
传距离 D分析,结果显示(表 7),I 平均为 0郾 867,D
平均为 0郾 145. 亚种群间遗传一致度 ( I)范围在
0郾 785(河南 /辽宁) ~ 0郾 984(宁夏 /陕西),遗传距离
(D)范围在 0郾 017 (宁夏 /陕西) ~ 0郾 242 (河南 /辽
宁).这一结果与遗传分化程度的结果基本一致.值
得关注的是,新疆和河南这两个相距超过 2800 km,
中间隔着青海、甘肃、宁夏和山西等地的两个亚种群
的 I高达 0郾 952,而辽宁和河北这两个相邻的亚种群
的 I却只有 0郾 788.新疆、甘肃、陕西、山西和吉林与
多数亚种群间的 I 都较高;而安徽亚种群与其他亚
种群间的 I都较低.这些证据都表明,遗传距离与地
理距离无关.
2郾 4郾 2 不同寄主目亚种群摇 利用 Popgene 1郾 32 软件
对 9 个不同寄主目亚种群两两间的遗传一致度 I 和
遗传距离 D 进行分析,结果表明(表 8),I 平均为
0郾 945,D平均为 0郾 057. I 的范围在 0郾 850(螳螂目 /
蜘蛛目) ~ 0郾 988 (鞘翅目 /膜翅目),D 的范围在
0郾 012(鞘翅目 /膜翅目) ~ 0郾 162(螳螂目 /蜘蛛目).
除螳螂目亚种群与其他亚种群间的 I 较小外,其他
各亚种群间的 I 均较大. 这一结果与遗传分化程度
的结果基本一致.这些证据都暗示,白僵菌在不同目
寄主间并无很强的专化性.
2郾 5摇 不同省份亚种群间遗传距离与地理距离的相
关性分析
利用 SPSS软件对 13 个省份白僵菌亚种群间的
遗传距离与地理距离进行相关性分析. 地理距离
(单位为 km)利用百度地图确定,有两个采集地时
以两地中点计,有 3 个采集地时以三角形重心点计.
由于甘肃成县只有1个菌株,为避免对分析结果造
表 7摇 不同省份球孢白僵菌亚种群间的遗传一致度和遗传距离
Table 7摇 Genetic identity (I) and genetic distance (D) between different provincial subpopulations of Beauveria bassiana
亚种群
Subpopulation
NX HX HB HN XJ GS AH SX NM HL JL LN SD
NX 1 0郾 984 0郾 932 0郾 931 0郾 940 0郾 931 0郾 828 0郾 903 0郾 831 0郾 836 0郾 926 0郾 816 0郾 824
HX 0郾 017 1 0郾 940 0郾 929 0郾 941 0郾 938 0郾 840 0郾 912 0郾 834 0郾 842 0郾 936 0郾 819 0郾 829
HB 0郾 070 0郾 062 1 0郾 950 0郾 942 0郾 897 0郾 825 0郾 867 0郾 813 0郾 814 0郾 897 0郾 788 0郾 818
HN 0郾 072 0郾 073 0郾 052 1 0郾 952 0郾 905 0郾 841 0郾 852 0郾 809 0郾 802 0郾 884 0郾 785 0郾 807
XJ 0郾 062 0郾 061 0郾 060 0郾 050 1 0郾 914 0郾 842 0郾 880 0郾 833 0郾 848 0郾 912 0郾 811 0郾 828
GS 0郾 072 0郾 064 0郾 108 0郾 100 0郾 090 1 0郾 847 0郾 882 0郾 824 0郾 858 0郾 939 0郾 822 0郾 809
AH 0郾 189 0郾 175 0郾 193 0郾 174 0郾 172 0郾 166 1 0郾 840 0郾 794 0郾 806 0郾 853 0郾 786 0郾 832
SX 0郾 102 0郾 093 0郾 143 0郾 161 0郾 128 0郾 125 0郾 174 1 0郾 819 0郾 853 0郾 926 0郾 819 0郾 864
NM 0郾 185 0郾 182 0郾 207 0郾 212 0郾 183 0郾 194 0郾 231 0郾 200 1 0郾 883 0郾 876 0郾 897 0郾 895
HL 0郾 179 0郾 172 0郾 206 0郾 220 0郾 165 0郾 154 0郾 216 0郾 159 0郾 124 1 0郾 923 0郾 895 0郾 881
JL 0郾 076 0郾 067 0郾 109 0郾 123 0郾 092 0郾 063 0郾 160 0郾 077 0郾 133 0郾 080 1 0郾 883 0郾 882
LN 0郾 204 0郾 199 0郾 239 0郾 242 0郾 210 0郾 196 0郾 241 0郾 200 0郾 108 0郾 111 0郾 125 1 0郾 859
SD 0郾 193 0郾 188 0郾 201 0郾 215 0郾 188 0郾 212 0郾 184 0郾 146 0郾 111 0郾 126 0郾 125 0郾 152 1摇 摇
对角线上方数据为遗传一致度 I,下方数据为遗传距离 D Nei爷 s genetic identity was above diagonal and genetic distance below diagonal郾 下同 The
same below郾
表 8摇 不同寄主目球孢白僵菌亚种群间的遗传一致度和遗传距离
Table 8摇 Genetic identity (I) and genetic distance (D) between different insect order subpopulations of Beauveria bassiana
亚种群
Subpopulation
HO CL HE DP HY LP MT OT AR
HO 1 0郾 980 0郾 980 0郾 964 0郾 981 0郾 954 0郾 872 0郾 973 0郾 957
CL 0郾 020 1 0郾 977 0郾 975 0郾 988 0郾 983 0郾 898 0郾 971 0郾 946
HE 0郾 020 0郾 024 1 0郾 961 0郾 980 0郾 956 0郾 876 0郾 970 0郾 940
NR 0郾 037 0郾 026 0郾 040 1 0郾 978 0郾 964 0郾 865 0郾 957 0郾 937
HY 0郾 019 0郾 012 0郾 021 0郾 022 1 0郾 975 0郾 893 0郾 974 0郾 953
LP 0郾 048 0郾 018 0郾 045 0郾 036 0郾 026 1 0郾 890 0郾 950 0郾 931
MT 0郾 137 0郾 108 0郾 132 0郾 146 0郾 114 0郾 117 1 0郾 885 0郾 850
OT 0郾 027 0郾 029 0郾 031 0郾 045 0郾 026 0郾 051 0郾 122 1 0郾 949
AR 0郾 044 0郾 056 0郾 062 0郾 066 0郾 048 0郾 071 0郾 162 0郾 053 1摇 摇
2903 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 9摇 不同省份球孢白僵菌亚种群间的地理距离和遗传距离
Table 9摇 Geographic distance and genetic distance between different provincial subpopulations of Beauveria bassiana
亚种群
Subpopulation
NX HX HB HN XJ GS AH SX NM HL JL LN SD
NX 1 183 1209 624 2242 105 870 590 1270 2097 1987 1728 1089
HX 0郾 017 1 1082 444 2414 91 807 463 1218 1979 1866 1584 915
HB 0郾 070 0郾 062 1 951 2986 1165 749 623 587 900 786 540 520
HN 0郾 072 0郾 073 0郾 052 1 2855 531 405 498 1296 1829 1711 1359 590
XJ 0郾 062 0郾 061 0郾 060 0郾 050 1 2271 3045 2582 2557 3562 3501 3488 3174
GS 0郾 072 0郾 064 0郾 108 0郾 100 0郾 090 1 904 428 1220 2059 1950 1672 1012
AH 0郾 189 0郾 175 0郾 193 0郾 174 0郾 172 0郾 166 1 616 1244 1541 1423 1032 250
SX 0郾 102 0郾 093 0郾 143 0郾 161 0郾 128 0郾 125 0郾 174 1 814 1516 1404 1140 593
NM 0郾 185 0郾 182 0郾 207 0郾 212 0郾 183 0郾 194 0郾 231 0郾 200 1 1027 952 963 1060
HL 0郾 179 0郾 172 0郾 206 0郾 220 0郾 165 0郾 154 0郾 216 0郾 159 0郾 124 1 119 534 1292
JL 0郾 076 0郾 067 0郾 109 0郾 123 0郾 092 0郾 063 0郾 160 0郾 077 0郾 133 0郾 080 1 424 1174
LN 0郾 204 0郾 199 0郾 239 0郾 242 0郾 210 0郾 196 0郾 241 0郾 200 0郾 108 0郾 111 0郾 125 1 787
SD 0郾 193 0郾 188 0郾 201 0郾 215 0郾 189 0郾 212 0郾 184 0郾 146 0郾 111 0郾 126 0郾 125 0郾 152 1摇 摇
对角线上方数据为地理距离,下方数据为遗传距离 Geographic distance was above diagonal and genetic distance below diagonal郾
成误差,所以此分析中将这一采集地除外.相关性分
析结果表明(表 9),皮尔逊相关系数 R 为 0郾 11,概
率值 P为 0郾 34,远大于 0郾 05,说明我国北方球孢白
僵菌的遗传距离与地理距离不相关. 这一结果与遗
传分化程度以及遗传一致度和遗传距离的分析结果
一致.
2郾 6摇 聚类分析
2郾 6郾 1 不同省份亚种群间的聚类分析 摇 用 MEGA
4郾 0 软件 UPGMA法生成的基于遗传距离的不同省
份亚种群的树状聚类图,结果表明(图 2),13 个不
同省份亚种群大致形成 3 个分支:宁夏、陕西、河北、
河南、新疆、甘肃、吉林、山西 8 个亚种群构成第 1 个
分支;安徽亚种群独自成 1 个分支;内蒙古、辽宁、黑
龙江、山东 4 个亚种群构成第 3 个分支.东北中部的
吉林和最西北端的新疆却分别与遥远的西北甘肃和
图 2摇 基于遗传距离的不同省份球孢白僵菌亚种群的 UPG鄄
MA聚类图
Fig. 2摇 Clustering dendrogram of Beauveria bassiana subpopula鄄
tions of different provinces by UPGMA analysis based on genetic
distance郾
华北、中原的河北、河南聚在一起. 进一步证明遗传
距离与地理距离不相关.
2郾 6郾 2 不同寄主目亚种群间的聚类分析摇 用 MEGA
4郾 0 软件 UPGMA法生成基于白僵菌不同寄主目亚
种群间遗传距离的树状聚类图,结果(图 3)表明,9
个寄主目分离株的亚种群中,非昆虫纲的蜘蛛目的
分离株要远比螳螂目与其他 7 目昆虫的分离株的亲
缘关系近,因此这种寄主分布与寄主的遗传谱系
无关.
图 3摇 基于遗传距离的不同寄主目球孢白僵菌亚种群的 UP鄄
GMA聚类图
Fig. 3摇 Clustering dendrogram of Beauveria bassiana subpopula鄄
tions from different host orders by UPGMA analysis based on ge鄄
netic distance.
3摇 讨摇 摇 论
本文基于中国北方 13 省的 622 株白僵菌的大
样本得出的 Nei 基因多样性指数 He 和 Shannon 信
息指数 Is 均高于其他报道的较小地区和较小样本
白僵菌的遗传多样性,包括李旻等[7]由 48 株白僵菌
390311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 何玲敏等: 中国北方球孢白僵菌的遗传多样性和种群遗传结构摇 摇 摇 摇 摇 摇
得出的大别山区白僵菌的遗传多样性,李佳丽等[15]
分别由 75 株和 49 株得出的皖西南潜山和皖南泾县
蚕区白僵菌的遗传多样性,以及陈名君等[16]由 111
株白僵菌得出的皖南宣城马尾松纯林白僵菌的遗传
多样性.这种较高的遗传多样性是 13 省各采集地遗
传多样性的综合,具体某个省采集地白僵菌亚种群
的两个指数则高低不一,有的高于有的低于以上案
例.表明这种综合虽从总体上增加了遗传多样性,但
并不是各采集地遗传多样性的简单叠加.另外,以上
几个案例都位于秦岭鄄淮河以南,而本研究中遗传多
样性最高的地区位于内蒙古的额尔古纳和黑龙江的
尚志,这两个地区纬度虽高,但森林茂密,物种多样
性较丰富.而且,本研究中不同地区白僵菌亚种群的
变异中有 76郾 7%来自亚种群内,因此白僵菌的遗传
多样性主要与各种生境下的物种多样性有关,而与
纬度无关.
关于白僵菌的系统发育与地理来源以及寄主来
源的关系问题,一直有不同观点. Viaud 等[17] 和
Maurer等[18]认为主要是寄主来源决定白僵菌的谱
系,王成树等[19]认为白僵菌菌株的近缘关系远近主
要由菌株原始分布区系距离远近所决定,受寄主不
同的影响次之.而 Berretta 等[20]和 Gaitan 等[21]认为
白僵菌的谱系与寄主来源和地理来源均无关系. 然
而,近年来的主流趋势则认为主要是地理来源决定
白僵菌的谱系[22-26] . 这些研究所用的菌株数较少
(大都不超过 100),且寄主目种类不多,所以样本的
代表性远不如本研究.本研究对采集自我国北方 13
个省份的 622 株白僵菌大样本的种群遗传结构的多
个指标进行分析,表明中国北方白僵菌的谱系与地
理来源和寄主来源均无关系.
需注意的是,一些相距甚远的省的亚种群间基
因流很大或遗传距离很小,并不一定就是由基因直
接交换产生基因融合作用而造成的;同一些相邻省
的亚种群间基因流小或遗传距离大的相反例子一
样,可能都是因选择性压力相同或不同而造成的.在
后一种情况下,较强的自然选择作用超过了基因流
的趋同作用,以致亚种群间即使存在一定的基因流,
也还是会发生较大的遗传分化[27] .任何种群的遗传
结构不可能长期保持恒定,种群间遗传分化的产生
与种群间的基因流受到的各种选择性压力的限制有
关.选择性压力因突变、自然选择或遗传漂变等原因
而发生,是一种没有信息、不能预见、甚至是莫明其
妙的抽象力,它作用于个体而非种群,因此在种群内
形成了不同的等位基因,表现出种种个体变异,进而
成为种群总变异中的主要原因. 例如,在本研究中,
不同省份亚种群总变异中有 76郾 7%来自亚种群内,
而不同寄主目亚种群的总变异中则有 90%来自亚
种群内.对于白僵菌来说,是否有可利用的寄主,是
否有重寄生菌等天敌,是否存在其他生物或同种生
物种内的竞争,以及存在的某种环境胁迫等都可能
对白僵菌造成选择性压力.
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作者简介摇 何玲敏,女,1986 年生,硕士.主要从事昆虫真菌
学研究. E鄄mail: halanchuanbing@ 163. com
责任编辑摇 肖摇 红
590311 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 何玲敏等: 中国北方球孢白僵菌的遗传多样性和种群遗传结构摇 摇 摇 摇 摇 摇