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Sequence analysis of mtDNA ND6 and fragments of flanking genes from nine geographical populations of Oedaleus asiaticus in Beijing and surrounding regions

北京及周边地区九个地理种群的亚洲小车蝗mtDNA ND6基因及其部分侧翼序列分析



全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protection, 2016, 43(4): 634 - 640 DOI: 10􀆰 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2016􀆰 04􀆰 016
基金项目:北京市优秀人才培养资助项目(2013D002006000001)
∗通讯作者(Author for correspondence), E⁃mail: lylong77@ 163. com
收稿日期: 2015 - 03 - 30
北京及周边地区九个地理种群的亚洲小车蝗
mtDNA ND6 基因及其部分侧翼序列分析
李云龙1∗  谢爱婷1   秦  萌2   张群峰1   孙  勇3   杨建国1
(1.北京市植物保护站, 北京 100029; 2.全国农业技术推广服务中心, 北京 100125;
3.道真仡佬族苗族自治县农牧局农安股, 贵州 563500)
摘要: 为明确北京地区亚洲小车蝗 Oedaleus asiaticus Bey⁃Bienko的迁飞来源,选取包含完整线粒体
DNA的 ND6、tRNA⁃Thr 基因及侧翼 ND4L、CYTB 基因部分序列作为目的片段,采用 DNA 序列法分
析来自北京及周边省市 9 个地理种群 155 个亚洲小车蝗样本的序列碱基组成、种群遗传多样性、种
群结构及单倍型网络进化等。 结果表明:在目的序列中共检测到多态性位点 16 个,鉴定出单倍型
20 种,分别占碱基总数和总样品量的 1􀆰 88%和 12􀆰 90% ;核苷酸多样性为 0􀆰 0012,单倍型多样性为
0􀆰 66,种群间遗传分化系数绝对值≤0􀆰 51,种群内个体间遗传变异占总变异的 86􀆰 88% ,各种群遗
传变异与空间距离间无显著相关性,供试样本总体上遗传变异程度相对较低。 北京密云种群鉴定
出的独享单倍型 H14 由单倍型 H10 经 2 次突变获得,H10 被锡林郭勒和乌兰察布种群共享;北京
密云与河北滦平、围场及内蒙古乌兰察布种群间基因流 Nm 绝对值分别为 3􀆰 749、1􀆰 387 和 0􀆰 912,
均高于密云种群与其它种群间的 Nm绝对值;结合亚洲小车蝗在北京及周边地区出现的先后时序
可知,内蒙古锡林郭勒、乌兰察布及河北滦平、围场是北京地区亚洲小车蝗的最主要迁飞来源。
关键词: 亚洲小车蝗; mtDNA ND6 基因; 序列分析; 遗传关系
Sequence analysis of mtDNA ND6 and fragments of flanking genes from nine
geographical populations of Oedaleus asiaticus in Beijing and surrounding regions
Li Yunlong1∗   Xie Aiting1   Qin Meng2   Zhang Qunfeng1   Sun Yong3   Yang Jianguo1
(1. Beijing Plant Protection Station, Beijing 100029, China; 2. National Agro⁃Technical Extension and Service Centre,
Beijing 100125, China; 3. Department of Agriculture and Livestock Production of Daozhen County,
Guizhou 563500, Guiyang Province, China)
Abstract: To determine the migration source of Oedaleus asiaticus Bey⁃Bienko in Beijing and surrounding
regions, an 851⁃bp sequence containing the complete mitochondrial DNA ND6 gene, tRNA⁃Thr gene and
fragments of ND4L gene and CYTB gene was amplified from 155 individuals of nine geographical
populations from Beijing and surrounding regions. The base composition, genetic diversity, population
structure and haplotype network were analyzed and compared by using DNA sequence analysis
technology. The results showed that 16 genetic polymorphisms and 20 haplotypes were identified in the
target fragments, accounting for about 1􀆰 88% of the sequenced nucleotides and 12􀆰 90% of total
samples, respectively. The nucleotide diversity and haplotype diversity were 0􀆰 0012 and 0􀆰 66,
respectively. Pairwise FST absolute values of populations were less than or equal to 0􀆰 51, and the genetic
variation within populations accounted for 86􀆰 88% of the total variation of populations. There was no
significant correlation between genetic variation and spatial distance among populations and the genetic
variation of the tested samples. The exclusive haplotype H14 identified from Miyun population was obtained
from haplotype H10 for two mutations, which was shared by Xilinguole and Wulanchabu populations; the
absolute values of gene flow between Miyun and Luanping, Weichang, Wulanchabu populations (3􀆰 749,
1􀆰 387 and 0􀆰 912, respectively) were higher than that between Miyun and other populations. Considering
the occurrence order of O. asiaticus in Beijing and surrounding areas during summer and autumn, a
conclusion can be drawn that some populations of O. asiaticus in Beijing region originated mainly from
Xilinguole and Wulanchabu of Inner Mongolia, and Luanping and Weichang of Hebei.
Key words: Oedaleus asiaticus; mtDNA ND6; sequence analysis; genetic relationship
    亚洲小车蝗 Oedaleus asiaticus (Bey⁃Bienko)属
直翅目蝗总科丝角蝗科小车蝗属,是我国农牧交错
带的重要经济害虫,也是我国北方草原的主要优势
种害虫(蒋湘等,2003),可为害禾本科、莎草科和鸢
尾科等植物,喜食羊草、隐子草、针茅、冰草、苔草等
牧草及玉米、莜麦、小麦等农作物(吴虎山和能乃扎
布,2009)。 亚洲小车蝗的远距离迁飞能力以及趋
光性均较强,在城市中灯光强烈的地方易吸引大量
成虫。 如在 2000 和 2002 年,大量亚洲小车蝗成虫
出现在北京市区及区县城区夜间灯下,给市民正常
生活带来极大不便,同时也给农业生产造成严重损
失(蒋湘等,2003)。 利用现代分子技术手段开展亚
洲小车蝗等迁飞性害虫种群遗传关系及迁飞来源研
究,对于虫情的提早预警、虫源地害虫基数的降低、
虫害防控效率的提高都具有重要意义。
目前,在昆虫种群遗传研究中,线粒体 DNA 序
列分析技术是最常用的分子生物学分析技术之一。
任竹梅等(2003)研究了不同地理区域小稻蝗 Oxya
intricata (Stål)的 mtDNA 部分序列,在一定程度上
为其系统演化提供了分子生物学方面的证据;吴广
超等(2009)利用线粒体 COI 基因对 10 个不同地理
种群的橘小实蝇 Bactrocera dorsalis (Hendel)样本进
行了遗传关系分析,很好地揭示了上海地区橘小实
蝇的具体来源。 在亚洲小车蝗遗传多样性研究中,
郑先云(2006)利用 SSRP⁃PCR技术初步明确了山西
太原的亚洲小车蝗种群很可能来自于甘肃酒泉种
群;李东伟(2010)利用 RAPD 分析技术对内蒙古 9
个不同地理种群亚洲小车蝗进行了遗传分化研究;
高书晶等(2011)分别利用 mtDNA ND1 和 COI 基因
对内蒙古 7 个不同地理种群亚洲小车蝗样本进行了
遗传多样性和种群关系分析,发现不同个体之间存
在一定的分歧,但与地理分布没有直接的对应关系;
李云龙等(2013)利用 COI基因对来自内蒙古、河北
和北京的 7 个地理种群亚洲小车蝗样本进行了
DNA序列分析,发现各单倍型之间未形成与其地理
种群空间位置相对应的聚类单元,且在单倍型网络
进化图中也未发现各单倍型之间存在明显的进化关
系;韩海斌(2014)对内蒙古 15 个亚洲小车蝗地理
种群进行了遗传多样性分析,发现种群之间遗传距
离与地理距离呈极显著相关关系。
在进行 DNA序列分析研究中,进化速率越快的
基因或基因片段,在相同序列长度下所能提供的变
异信息就越多,越适用于开展近缘物种或是种内不
同种群间的遗传进化关系研究。 线粒体 DNA 的
ND6 基因在氨基酸水平上进化速率相对快于 COI
基因(Wada & Yokohama,2004)。 因此,本研究选择
ND6 基因作为供试目的基因,在设计特异性引物
时,还包含了完整的 tRNA⁃Thr 基因以及侧翼的
ND4L、CYTB基因的部分序列,以期在增加目的片段
有效变异信息位点数量的基础上,更好地揭示北京
及周边地区亚洲小车蝗的种群遗传关系,明确北京
地区亚洲小车蝗的迁飞来源,为其及时预警和有效
防治提供科学依据。
1 材料与方法
1􀆰 1 材料
供试亚洲小车蝗:包括来自内蒙古的赤峰市广
兴源(25 个样本)、锡林郭勒盟(33 个)、乌兰察布市
(27 个)、达莱诺日(27 个),河北省的张家口市(19
个)、滦平县(5 个)、隆化县(5 个)、围场(5 个)和北
京密云县石城镇(5 个)共 9 个地理种群的 155 个样
本。 采集时间为 2011 年 8 月—2012 年 8 月,采集后
的新鲜样品置于无水乙醇中, - 20℃保存备用。
试剂与仪器:血液 /细胞 /组织基因组 DNA提取
试剂盒、Taq Plus DNA Polymerase、100 bp DNA Lad⁃
der,天根生化科技 (北京)有限公司;蛋白酶 K、
dNTPs,日本 TaKaRa 公司;溴化乙锭、琼脂糖,生工
生物工程上海(股份)有限公司;其余试剂均为国产
5364 期 李云龙等: 北京及周边地区九个地理种群的亚洲小车蝗 mtDNA ND6 基因及其部分侧翼序列分析
分析纯。 特异引物由北京奥科生物技术公司合成。
GeneAmp PCR System 9700 型 PCR 仪,北京北方华
粤易有限责任公司;Eagle Eye⁃n 凝胶成像系统,美
国 Stratagene公司;DYY⁃8C型稳压稳流电泳仪、DY⁃
CP⁃31D型水平电泳槽,北京六一仪器厂。
1􀆰 2 方法
1􀆰 2􀆰 1 亚洲小车蝗基因组 DNA提取与目的基因克隆
采用血液 /细胞 /组织基因组 DNA 提取试剂盒
进行亚洲小车蝗腿部肌肉组织总 DNA的提取,DNA
质量和片段大小采用水平琼脂糖凝胶电泳方法检
测。 根据亚洲小车蝗线粒体 DNA 全序列(序列号
NC_011115􀆰 1),利用 Primer Premier 5􀆰 0 软件和 Oli⁃
go 6􀆰 0 软件设计扩增目的片段特异性引物 ND6 +5F
(5′⁃ATAGAAAGGCCTAAAGCACC⁃3′)和 ND6 + 5R
(5′⁃CAACCGCAAATCCTCCTCAT⁃3′),引物分别位
于亚洲小车蝗 mtDNA 全序列第9 505 ~ 9 524和第
10 887 ~ 10 906 碱基处。 目的片段总长1 363 bp,包
括完整线粒体 DNA 的 ND6 和 tRNA⁃Thr 基因,以及
ND4L、CYTB基因的部分序列片段。
70 μL PCR扩增反应体系为:模板 DNA(20 ~
30 ng)3 μL、20 μmol / L引物各 2 μL、2 × Mix 25 μL、
25 mmol / L MgCl2 1 μL、ddH2O 37 μL。 反应条件为:
94℃预变性 3 min;94℃变性 1 min,57℃退火 1 min,
72℃延伸 1 min,35 次循环;最后 72℃延伸 30 min,
4℃保存备用。 PCR产物测序采用双向测序方法以
保证序列的准确性,由北京奥科生物技术公司完成。
1􀆰 2􀆰 2 目的序列的碱基组成分析
利用 Clustal X 1􀆰 83 软件对测序后的拼接序列
进行序列比对和剪切,以确保获得准确且长度一致
的供分析用目的序列;利用 Mega 3􀆰 1 软件进行序列
碱基含量特征、多态性位点特征、碱基的替换和转换
以及插入和缺失等信息分析(Kumar et al. ,2004)。
1􀆰 2􀆰 3 亚洲小车蝗地理种群遗传多样性分析
核苷酸多样性(nucleotide diversity,Π)、平均成
对核苷酸差异(k)和单倍型多样度(haplotype diver⁃
sity,Hd)是进行遗传座位或群体间遗传变异程度比
较的理想指标(陈善元和张亚平,2006)。 供试样本
的总体核苷酸多样性、平均成对核苷酸差异和单倍
型多样度参数使用 DNASP 4􀆰 10􀆰 1 软件进行分析
(Rozas et al. ,2003)。
1􀆰 2􀆰 4 亚洲小车蝗地理种群遗传结构分析
种群遗传分化系数 FST (F⁃statistic)和基因流
(Nm)是反映种群间的遗传分化程度和各种群间基
因交流情况的重要指标(李明等,2002);分子方差
分析(analysis of molecular variance,AMOVA)能够将
整个种群的总变异分割到个体内差异、个体间差异
和种群间差异的协方差组成中,用于考察种群分化
的主要变异来源,本研究中依据各种群的地理空间
特征,将供试种群划分为 3 个群组,即内蒙古种群、
河北种群和北京种群进行 AMOVA;Mantel test 分析
能够明确地理种群的遗传分化与种群空间距离之间
的相关性。 使用 Arlequin 3􀆰 0 软件对上述参数进行
分析(Excoffier et al. ,2005),并采用成对测试法进
行 FST间的显著性检验。
1􀆰 2􀆰 5 供试样本单倍型网络进化分析
使用 TCS 1􀆰 21 软件进行供试样本的单倍型网
络进化分析(Clement et al. ,2000)。 在分析过程中,
根据 Pfenninger & Posada (2002)提出的频率判据
(frequency criterion)、拓扑判据 ( topological criteri⁃
on)、地理判据( geographic criterion)原则进行断环
(break the loops)处理,以解决在进行进化网络构建
过程中出现的分支、关联等问题。
2 结果与分析
2􀆰 1 亚洲小车蝗目的序列的碱基组成
供试样品扩增序列经比对剪切后,最终获得
155 条准确一致的线粒体 DNA 序列,序列长 851
bp,除包含 ND6 和 tRNA⁃Thr 基因的完整序列外,还
包括 ND4L 基因 132 bp 的片段以及 CYTB 基因的
133 bp片段。 全部样本序列中 A、T、G 和 C 碱基平
均含 量 分 别 为 46􀆰 50% 、 32􀆰 50% 、 14􀆰 00% 和
7􀆰 00% ,A + T的平均含量明显高于 G + C。 在供试
样本中共检测到 16 个多态性位点,占碱基总数的
1􀆰 88% ,发生在密码子第 1 位点上的变异占总变异
位点的 43􀆰 75% ,第 2 位点的变异占 31􀆰 25% ,第 3
位点的变异占 25􀆰 00% 。 16 个多态性位点中包括 7
个单变异多态性位点和 9 个简约信息位点;在碱基
的替换中,15 个位点发生了颠换,1 个位点发生了转
换;所有多态性位点未发现碱基的插入和缺失,全部
由碱基的替换产生。
2􀆰 2 亚洲小车蝗地理种群的遗传多样性
供试亚洲小车蝗样本的整体核苷酸多样性为
0􀆰 0012,单倍型多样性为 0􀆰 66,总体上遗传多样性
水平较低。 核苷酸多样性最高的为河北滦平种群
和北京密云种群,均为 0􀆰 0014;其次是内蒙古达莱
诺日种群、乌兰察布种群和锡林郭勒种群,分别为
0􀆰 0012、0􀆰 0012 和 0􀆰 0010;内蒙古广兴源种群核
苷酸多样性值最低,为 0􀆰 0002。 内蒙古锡林郭勒
636 植  物  保  护  学  报 43 卷
和达莱诺日种群单倍型多样性在 9 个种群中最
高,均为 0􀆰 68,内蒙古乌兰察布、河北滦平、隆化和
北京密云种群均为 0􀆰 60,河北围场种群最低为
0􀆰 40(表 1)。
表 1 亚洲小车蝗 9 个地理种群样本的遗传多样性参数
Table 1 The relative index of genetic diversity in nine populations of Oedaleus asiaticus
  参数 Parameter Π Hd k Hp 参数 Parameter Π Hd k Hp
锡林郭勒 Xilinguole 0􀆰 0010 0􀆰 68 0􀆰 87 7 滦平 Luanping 0􀆰 0014 0􀆰 60 1􀆰 20 2
广兴源 Guangxingyuan 0􀆰 0002 0􀆰 59 0􀆰 76 4 隆化 Longhua 0􀆰 0007 0􀆰 60 0􀆰 60 2
达莱诺日 Dalainuori 0􀆰 0012 0􀆰 68 1􀆰 01 7 围场 Weichang 0􀆰 0009 0􀆰 40 0􀆰 80 2
乌兰察布 Wulanchabu 0􀆰 0012 0􀆰 60 0􀆰 99 8 密云 Miyun 0􀆰 0014 0􀆰 60 1􀆰 20 2
张家口 Zhangjiakou 0􀆰 0007 0􀆰 51 0􀆰 62 4 平均 Average 0􀆰 0012 0􀆰 66
    Π:核苷酸多样性; Hd:单倍型多样性; k:所有序列对间的平均核苷酸差异数; Hp:单倍型数量。 Π: The average number
of nucleotide differences per site between two sequences; Hd: the probability that two randomly chosen haplotypes are different in the
samples; k: the average number of nucleotide differences between all pairs of sequences; Hp: the number of haplotypes.
2􀆰 3 亚洲小车蝗地理种群的遗传结构
各亚洲小车蝗地理种群间遗传分化系数(FST)
在 - 0􀆰 154 ~ 0􀆰 513 之间。 北京密云种群与河北滦
平、围场种群间的 FST分别为 - 0􀆰 154 和 0􀆰 265,而与
其余种群间的 FST均在 0􀆰 354 以上。 河北滦平种群
与围场种群间 FST为 0􀆰 039,与其余种群间的 FST均
在 0􀆰 161 以上或为负值(表 2)。 各种群间基因流
     
(Nm)绝对值整体上表现出与种群遗传分化系数相
似的趋势,Nm 最大值出现在河北围场种群和内蒙
古锡林郭勒种群间,为 3 571􀆰 930;最小值出现在北
京密云种群和内蒙古广兴源种群之间,为 0􀆰 475。
北京密云种群与河北滦平、围场、内蒙古乌兰察布种
群间 Nm 绝对值分别为 3􀆰 749、1􀆰 387 和 0􀆰 912(表
2)。 通过 AMOVA 可知,种群间变异占 11􀆰 25% ,
     表 2 亚洲小车蝗 9 个地理种群样本的遗传分化系数 FST和基因流 Nm
Table 2 Pairwise FST values and gene flow (Nm) in nine populations of Oedaleus asiaticus
种群
Population
锡林郭勒
Xilinguole
广兴源
Guangxing⁃
yuan
达莱诺日
Dalainuori
乌兰察布
Wulan⁃
chabu
张家口
Zhang⁃
jiakou
滦平
Luanping
隆化
Longhua
围场
Weichang
密云
Miyun
锡林郭勒
Xilinguole
- 25􀆰 563 - 28􀆰 496 11􀆰 812 22􀆰 952 1􀆰 106 - 4􀆰 856 - 3 571􀆰 930   0􀆰 566
广兴源
Guangxingyuan
- 0􀆰 019 - 24􀆰 949 8􀆰 626 16􀆰 807 0􀆰 891 - 4􀆰 773 12􀆰 429 0􀆰 475
达莱诺日
Dalainuori
- 0􀆰 018 - 0􀆰 021 86􀆰 155 - 123􀆰 957 1􀆰 625 - 4􀆰 733 - 9􀆰 559 0􀆰 749
乌兰察布
Wulanchabu
0􀆰 041∗ 0􀆰 055∗ 0􀆰 006 - 26􀆰 569 2􀆰 613 - 7􀆰 513 - 5􀆰 138 0􀆰 912
张家口
Zhangjiakou
0􀆰 021 0􀆰 029 - 0􀆰 004 - 0􀆰 019 1􀆰 182 - 5􀆰 749 - 9􀆰 862 0􀆰 511
滦平 Luanping 0􀆰 311∗ 0􀆰 359∗ 0􀆰 235∗ 0􀆰 161 0􀆰 298 1􀆰 483 12􀆰 436 - 3􀆰 749
隆化 Longhua - 0􀆰 115 - 0􀆰 117 - 0􀆰 118 - 0􀆰 071 - 0􀆰 095 0􀆰 252 - 5􀆰 774 0􀆰 638
围场 Weichang - 0􀆰 001 0􀆰 039 - 0􀆰 055 - 0􀆰 108 - 0􀆰 053 0􀆰 039 - 0􀆰 095 1􀆰 387
密云 Miyun 0􀆰 469∗ 0􀆰 513∗ 0􀆰 401∗ 0􀆰 354∗ 0􀆰 495∗ - 0􀆰 154 0􀆰 439 0􀆰 265
    对角线以上为基因流 Nm; 对角线以下为遗传分化系数 FST; ∗: 表明经成对法测试法检验该 FST值与其它 FST值之间差
异显著(P < 0􀆰 05)。 Data above diagonal represent gene flow (Nm) between populations; data below diagonal represent genetic diver⁃
gence (FST); ∗: there is significant difference between this FST and other FST values by pairwise test (P < 0􀆰 05).
组内种群间变异占 1􀆰 88% ,种群个体间变异占
86􀆰 88% ,表明引起种群总体变异的主要因素还是种
群内的个体间变异。 各种群间空间距离间与地理种
群 FST、Nei氏遗传距离(Nei 氏平均核苷酸差异数)
间的 Mantel test 结果表明,2 对矩阵之间不存在显
著相关性(R1 = - 0􀆰 244,P1 = 0􀆰 757;R2 = - 0􀆰 015,
7364 期 李云龙等: 北京及周边地区九个地理种群的亚洲小车蝗 mtDNA ND6 基因及其部分侧翼序列分析
P2 = 0􀆰 433),即亚洲小车蝗种群间的地理距离与遗
传分化程度不存在显著相关性(表 3)。
2􀆰 4 亚洲小车蝗单倍型网络进化
在 155 条序列中共鉴定出 20 种单倍型,占总样
品量的 12􀆰 90% ,其中共享单倍型 7 种,其余 13 种
均为独享单倍型。 在 7 种共享单倍型中,单倍型 H2
为所有 9 个种群的 84 个个体所共享,占样本总量的
54􀆰 20% ;单倍型 H1 为锡林郭勒、广兴源、达莱诺
日、乌兰察布、张家口、隆化 7 个种群的 44 个个体所
共享,占样本总量的 28􀆰 40% ;其余 5 种单倍型在至
少 2 个种群间共享,分别是 H4 在达莱诺日种群和
滦平种群间共享;H10 在锡林郭勒种群和乌兰察布
种群间共享;H11 在达莱诺日种群和乌兰察布种群
间共享;H15 在达莱诺日种群和围场种群间共享;
H17 在张家口种群和乌兰察布种群间共享(表 4)。
北京密云种群共鉴定出 H2、H14 两种单倍型,
H2 为所有 9 个种群共享,H14 被北京密云种群独
享,由 H10 经 2 次突变而来,H10 被锡林郭勒种群
和乌兰察布种群共享。 H4 由 H3 经过 1 次突变形
成,H3 被广兴源种群独享,H4 被达莱诺日种群和滦
平种群共享;H15 由 H1 经过 1 次突变形成,H15 被
达莱诺日种群和围场种群共享(图 1)。
表 3 亚洲小车蝗不同地理种群间的 Nei氏遗传距离和地理距离
Table 3 Nei’s genetic distances and geographic distances between nine populations of Oedaleus asiaticus
种群
Population
锡林郭勒
Xilinguole
广兴源
Guangxing⁃
yuan
达莱诺日
Dalainuori
乌兰察布
Wulan⁃
chabu
张家口
Zhang⁃
jiakou
滦平
Luanping
隆化
Longhua
围场
Weichang
密云
Miyun
锡林郭勒
Xilinguole 182􀆰 470 207􀆰 350 225􀆰 664 100􀆰 336 194􀆰 766 142􀆰 943 133􀆰 436 206􀆰 915
广兴源
Guangxingyuan - 0􀆰 016 72􀆰 578 406􀆰 709 273􀆰 260 202􀆰 345 161􀆰 285 88􀆰 759 275􀆰 071
达莱诺日
Dalainuori - 0􀆰 017 - 0􀆰 018 418􀆰 553 306􀆰 451 271􀆰 750 195􀆰 932 122􀆰 762 339􀆰 053
乌兰察布
Wulanchabu 0􀆰 040 0􀆰 053 0􀆰 006 163􀆰 296 372􀆰 766 335􀆰 887 352􀆰 675 331􀆰 229
张家口
Zhangjiakou 0􀆰 020 0􀆰 022 - 0􀆰 001 - 0􀆰 012 209􀆰 589 181􀆰 985 210􀆰 180 177􀆰 725
滦平 Luanping 0􀆰 384 0􀆰 429 0􀆰 306 0􀆰 178 0􀆰 263 73􀆰 810 147􀆰 259 87􀆰 344
隆化 Longhua - 0􀆰 063 - 0􀆰 064 - 0􀆰 067 - 0􀆰 030 - 0􀆰 052 0􀆰 306 78􀆰 028 133􀆰 711
围场Weichang 0􀆰 006 0􀆰 027 - 0􀆰 034 - 0􀆰 079 - 0􀆰 048 0􀆰 041 - 0􀆰 061 211􀆰 711
密云 Miyun 0􀆰 779 0􀆰 835 0􀆰 682 0􀆰 544 0􀆰 669 - 0􀆰 162 0􀆰 712 0􀆰 364
    对角线以下为遗传距离; 对角线以上为地理距离(km)。 Data below diagonal represent Nei’ s genetic distances; data above
diagonal represent geographic distances (km).
表 4 各亚洲小车蝗地理种群的单倍型数量及单倍型频率
Table 4 The number and frequency of haplotypes in nine populations
种群
Population
单倍型数量
Haplotype number
单倍型编码(频率)
Haplotype code (frequency)
锡林郭勒 Xilinguole 7 H1(13)、H2(14)、H5(2)、H7(1)、H8(1)、H10(1)、H13(1)
广兴源 Guangxingyuan 4 H1(10)、H2(13)、H3(1)、H20(1)
达莱诺日 Dalainuori 7 H1(9)、H2(13)、H4(1)、H11(1)、H15(1)、H18(1)、H19(1)
乌兰察布 Wulanchabu 8 H1(6)、H2(19)、H9(1)、H10(1)、H11(1)、H12(1)、H16(1)、H17(1)
张家口 Zhangjiakou 4 H1(4)、H2(13)、H6(1)、H17(1)
滦平 Luanping 2 H2(3)、H4(2)
隆化 Longhua 2 H1(2)、H2(3)
围场 Weichang 2 H2(4)、H15(1)
密云 Miyun 2 H2(2)、H14(3)
836 植  物  保  护  学  报 43 卷
图 1 亚洲小车蝗供试样本单倍型最大简约网络进化图
Fig. 1 Network of the most parsimonious evolutionary relationships among haplotypes of Oedaleus asiaticus
○: 缺失的中间单倍型; A: 锡林郭勒种群; B: 广兴源种群; C: 达莱诺日种群; D: 乌兰察布种群; E: 张家口种群;
F: 滦平种群; G: 隆化种群; H: 围场种群; I: 密云种群。 ○: Missing intermediate haplotype; A: Xilinguole population; B:
Guangxingyuan population; C: Dalainuori population; D: Wulanchabu population; E: Zhangjiakou population; F: Luanping popu⁃
lation; G: Longhua population; H: Weichang population; I: Miyun population.
 
3 讨论
本研究用于序列分析的基因片段长度为 851
bp,除包括完整的 ND6、tRNA⁃Thr 基因外,还包括侧
翼部分 ND4L、CYTB基因序列。 在 155 个样本中共
鉴定出 20 种单倍型,占所有样品量的 12􀆰 9% ;在
851 个碱基中共检测到 16 个多态性位点,占碱基总
数的 1􀆰 88% ,样本总体核苷酸多样性为 0􀆰 0012,单
倍型多样性为 0􀆰 66。 李云龙等(2013)选用 mtDNA
COI部分基因作为目的序列,通过对 7 个地理种群
的 139 个亚洲小车蝗样品分析,共检测到 13 种单倍
型,占所有样品量的 9􀆰 4% ;在 645 bp序列中检测到
12 个多态性位点,占所测核苷酸的 1􀆰 86% ,样本总
体核苷酸多样性为 0􀆰 00042,单倍型多样性为
0􀆰 205。 用于本研究的线粒体 DNA ND6、 tRNA⁃Thr
基因以及侧翼部分 ND4L、CYTB 基因序列,其单倍
型检出率、多态性位点比例、核苷酸多样性、单倍型
多样性等遗传多样性参数值均高于 mtDNA COI 基
因供试区段的相应数值。 因此,ND6 基因及其侧翼
部分序列与 mtDNA COI基因相比,能提供更多的遗
传信息,并且扩增测序结果稳定,更适用于开展近缘
物种或是种内不同种群间的遗传进化关系研究。
单倍型网络进化分析方法,不仅能解决多系和
网状结构的问题,还能充分利用单倍型的频率及地
理来源等信息,提供种群间详细的基因流动方向以
及具体的衍生突变过程(Excoffier et al. ,1992),有
效弥补常规通过构建系统进化树进行地理种群间遗
传关系分析方法的缺陷。 本研究与李云龙等
(2013)选用 COI 部分基因进行亚洲小车蝗种群遗
传关系分析相比,在选用了变异速率更快的 ND6 基
因及其侧翼部分序列作为目的基因情况下,155 个
供试亚洲小车蝗样本总体上仍表现出较低水平的遗
传多样性;9 个地理种群 FST、Nei氏遗传距离与各种
群空间距离间的 Mantel test 结果也表明,各种群间
的遗传分化程度与地理距离不存在显著相关性,常
规遗传多样性与遗传结构分析方法无法提供直接的
种群迁飞路径信息。 本研究在进行单倍型网络进化
分析时,从单倍型网络进化图中可判断出北京密云
种群 H2、H14 两种单倍型的具体进化途径,从而直
接判断出部分北京密云亚洲小车蝗种群的具体迁飞
来源。 因此,单倍型网络进化分析方法更适用于亚
洲小车蝗等迁飞性害虫种内不同地理种群之间的遗
传关系研究。
本研究中,北京密云种群鉴定出的单倍型 H2
为所有 9 个种群共享,H14 被北京密云种群独享,由
H10 经 2 次突变而来,H10 被锡林郭勒和乌兰察布
2 个种群共享,因此,北京地区的部分亚洲小车蝗种
群是从内蒙古锡林郭勒、乌兰察布地区迁飞而来。
同时,北京密云种群与河北滦平、围场种群、内蒙古
乌兰察布种群间 Nm分别为 3􀆰 749、1􀆰 387 和 0􀆰 912,
均高于密云种群与其它种群间的基因流绝对值,表
明北京密云种群与上述 3 个种群间存在着较频繁的
基因交流。 夏秋季节,亚洲小车蝗在内蒙古、河北以
及北京地区存在着整体由北向南先后出现的时序规
9364 期 李云龙等: 北京及周边地区九个地理种群的亚洲小车蝗 mtDNA ND6 基因及其部分侧翼序列分析
律,因此,北京地区的亚洲小车蝗种群还有一部分是
从河北滦平以及围场 2 地迁飞而来。
韩海斌(2014)采用 8 对 SSR 引物和 7 条 ISSR
引物对内蒙古 15 个地区的亚洲小车蝗种群进行遗
传多样性分析时发现,种群之间遗传距离与地理距
离呈极显著相关关系。 在本研究中,9 个地理种群
的遗传距离与空间距离间 Mantel test 结果显示,各
种群间的遗传分化程度与地理距离无显著相关性。
这一方面可能与本研究只选用了 9 个亚洲小车蝗种
群,并且研究个体数相对较少有关,另一方面可能与
该研究中选用的 SSR 标记分析法和本研究中 DNA
序列分析方法间的差异有关。 在今后研究中,还需
进一步增加国内其它地区的种群数量和样本数,并
将 DNA序列分析方法与 SSR、ISSR标记分析法相结
合进行更深入的探讨。
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(责任编辑:李美娟)
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