基于線粒體COⅠ和COⅡ基因的5種不同寄主植物西花薊馬種群遺傳多樣性研究

田虎　張蓉　王玉生　萬方浩　張桂芬

摘要

西花薊馬Frankliniella occidentalis （Pergande）是一種分布廣、危害大的世界性檢疫害蟲。本研究旨在探討田間常見5種寄主植物上的西花薊馬種群的寄主?；院瓦z傳多樣性。以采自甘肅、寧夏的辣椒、茄子、蜀葵、月季、美人蕉等5種寄主植物上的西花薊馬為對象，以線粒體CO Ⅰ和CO Ⅱ基因為靶標(biāo)，應(yīng)用Arlequin 3.5 軟件進行種群遺傳多樣性、遺傳分化、基因流水平及分子變異分析，以MEGA 7.0 和Network 5.0軟件分別構(gòu)建單倍型系統(tǒng)發(fā)育樹和中接網(wǎng)狀樹。結(jié)果顯示，當(dāng)以mtDNA CO Ⅰ和CO Ⅱ基因為靶標(biāo)時，分別檢測到13種和12種單倍型，其中單倍型H_1和H_2為優(yōu)勢單倍型；辣椒和茄子上的單倍型數(shù)量只有3種（CO Ⅰ基因）或2種（CO Ⅱ基因），而蜀葵、月季和美人蕉上的單倍型數(shù)量比較多，為7～9種（CO Ⅰ基因）或8～9種（CO Ⅱ基因）；辣椒和茄子上的種群單倍型種類、單倍型多樣性、核苷酸多樣性和核苷酸平均差異數(shù)等均較蜀葵、月季和美人蕉上的種群低。CO Ⅰ和CO Ⅱ基因總寄主種群Fus Fs檢驗結(jié)果分別為2.36和4.06，種群大小整體保持穩(wěn)定；總寄主種群固定指數(shù)FST和基因流Nm分析表明，西花薊馬各寄主植物種群之間基因交流充分，尚未發(fā)生明顯的遺傳分化；AMOVA分析顯示遺傳變異主要來自種群內(nèi)部；基于CO Ⅰ和CO Ⅱ基因序列的單倍型聚類和網(wǎng)狀樹都明顯分為兩支，分別對應(yīng)西花薊馬的溫室品系Glasshouse strain和羽扇豆品系Lupin strain；其中溫室品系在所有寄主植物種群中均有發(fā)生，而羽扇豆品系的單倍型主要來自多年生的蜀葵、月季和美人蕉等植物，在辣椒和茄子上并無羽扇豆品系發(fā)生。研究結(jié)果對西花薊馬種群擴張機制探討、遺傳動態(tài)分析以及有效防控措施的制定具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞

西花薊馬； 線粒體DNA； CO Ⅰ和CO Ⅱ基因； 寄主植物； 遺傳多樣性； 系統(tǒng)發(fā)育分析； 網(wǎng)狀樹

中圖分類號：

S436.3

文獻標(biāo)識碼： A

DOI： 10.16688/j.zwbh.2017161

Genetic diversity among five different host plant populations of Frankliniella

occidentalis （Pergande） based on COⅠ and COⅡ gene sequences

TIAN Hu1， ZHANG Rong1， WANG Yusheng1， WAN Fanghao1，2， ZHANG Guifen1，2

（1. State Key Laboratory for Biology of Plant Diseases and Insect Pests， Institute of Plant

Protection， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193， China； 2. Center for

Management of Invasive Alien Species， Ministry of Agriculture， Beijing 100193， China）

Abstract

Frankliniella occidentalis （Pergande） is a worldwide quarantine pest with wide distribution and can cause serious damage. This study aimed to evaluate the host specialization and genetic diversity among different host plant populations of F.occidentalis. In the present study， the mtDNA COⅠ and COⅡ were selected as molecular markers. Samples were collected from five host plant species， including Capsicum annuum， Solanum melongena， Althaea rosea， Rosa chinensis， and Canna indica in Gansu and Ningxia provinces. The genetic diversity， genetic differentiation， gene flow and molecular variance （AMOVA） were analyzed by using the software Arlequin 3.5. Phylogenetic relationships and medianjoining networks were inferred from MEGA 7.0 and Network 5.0， respectively. The results showed that 13 and 12 types of haplotype were detected when the COⅠ and COⅡ gene sequences analyzed， respectively， and H_1 and H_2 were the dominant haplotypes. Moreover， only 3 （COⅠ） and 2 （COⅡ） types of haplotype were detected in C. annuum （LJ） and S.melongena populations， but 79 （COⅠ） or 89 （COⅡ） types were detected in A.rosea， R.chinensis or C. indica populations. Furthermore， the haplotype diversity （Hd）， nucleotide diversity （π） and average number of nucleotide difference （K） of C. annuum and S.melongena populations were all lower than those of A.rosea， R.chinensis and C. indica populations. Analyses of fixation index （FST） and gene flow （Nm） based on COⅠ or COⅡ gene suggested high level of gene flow and no obvious genetic differentiation among host populations of F.occidentalis. Analysis of molecular variance （AMOVA） indicated that the genetic variance was mainly attributes to variation within populations. The phylogenetic tree and haplotype network analyses based on haplotypes of COⅠ and COⅡ genes showed two clear genetic branches， corresponding to the glasshouse strain and lupin strain of F.occidentalis， respectively. The haplotypes standing for glasshouse strain happened on all host plants， while the haplotypes standing for lupin strain were from perennial plant species A.rosea， R.chinensis and C. indica， but not from C. annuum and S.melongena. The present results may help us understand the population expansion mechanism， analyze genetic dynamics and set up effective management measures of F.occidentalis.

Key words

Frankliniella occidentalis； mtDNA； COⅠ and COⅡ genes； host plant； genetic diversity； phylogenic analysis； haplotype network

西花薊馬Frankliniella occidentalis （Pergande）又稱苜蓿薊馬，屬纓翅目Thysanoptera薊馬科Thripidae，是一種世界性檢疫害蟲[12]，原產(chǎn)于美國和加拿大的西部山區(qū)，20世紀(jì)80年代遍及北美洲，之后隨國際貿(mào)易的快速發(fā)展迅速在世界范圍內(nèi)傳播擴散[3]。我國于2003年在北京郊區(qū)溫室大棚的辣椒上首次發(fā)現(xiàn)其為害[4]，隨后迅速擴張到云南、浙江（鮮切花店）、山東、貴州、湖南、新疆等地區(qū)[59]，目前已成為我國蔬菜花卉生產(chǎn)中的主要害蟲[10]。

近年來，我國學(xué)者已對西花薊馬的入侵來源、傳播擴散途徑以及局部暴發(fā)成災(zāi)機制等開展了大量研究[1114]，為其綜合防控措施的制定提供了理論支撐。然而，隨著全球氣候變化的逐年加劇、果蔬貿(mào)易的快速發(fā)展以及設(shè)施農(nóng)業(yè)的普遍興起，西花薊馬的發(fā)生為害呈逐年加重的趨勢[10]。

西花薊馬為雜食性害蟲，且植食時寄主植物范圍十分廣泛，目前已知的寄主植物種類多達62科，500余種[1516]。以往的研究指出西花薊馬存在兩個品系，即，溫室品系（glasshouse strain）和羽扇豆品系（lupin strain）[3]。其中，溫室品系主要為害溫室作物，寄主植物范圍廣泛，并且對常用的殺蟲劑已產(chǎn)生了較強的抗性[17]；羽扇豆品系主要為害豆科植物羽扇豆；但兩個品系在形態(tài)上無法準(zhǔn)確區(qū)分[3， 18]。近年來的研究顯示，兩個品系的西花薊馬已同時入侵我國，并發(fā)現(xiàn)羽扇豆品系的寄主植物雖并非只有羽扇豆，但其寄主植物種類相對較少，初步統(tǒng)計約有10種[1114]。通常，植食性昆蟲與寄主植物之間存在明顯的協(xié)同進化關(guān)系[1920]，并進而可能導(dǎo)致寄主?；?宗的出現(xiàn)[2122]。此外，地理分布，寄主植物的種類、次生代謝物以及氣候條件等[2325]也會影響昆蟲的種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)。然而，不同寄主植物上西花薊馬種群的遺傳多樣性及其與溫室品系和羽扇豆品系的關(guān)系尚不得而知。

本研究圍繞西花薊馬品系的寄主偏好性及其遺傳特性，以線粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基Ⅰ（mitochondrial cytochrome c oxidase subunitⅠ， mtDNA COⅠ）和亞基Ⅱ （mitochondrial cytochrome c oxidase subunit Ⅱ， mtDNA CO Ⅱ）基因為分子標(biāo)記，以采自我國寧夏和甘肅5種常見寄主植物上的西花薊馬為材料，通過比較不同寄主植物上西花薊馬種群的分子遺傳學(xué)參數(shù)，分析種群間遺傳分化和基因交流特點，構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹等，明確各寄主植物上的西花薊馬種群的遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性，研究結(jié)果對西花薊馬種群擴張機制探討、遺傳動態(tài)分析以及有效防控措施制定具有一定指導(dǎo)意義。

1 材料和方法

1.1 樣本采集

于田間薊馬高發(fā)期，在西北地區(qū)的內(nèi)蒙古（包頭）、新疆（烏魯木齊、吐魯番）、甘肅（蘭州、張掖、嘉峪關(guān)）、寧夏（銀川、吳忠、青銅峽）、青海（西寧、海東）等5省份11個區(qū)域，選擇田間常見的植物（包括茄子、辣椒等蔬菜植物，蜀葵、美人蕉等花卉植物，以及國槐、小葉黃楊等園林植物和棉花等共計12種），分別以盤拍法隨機5點進行樣本采集。采集的所有薊馬保存于含有99.7%乙醇的離心管中；之后，于顯微鏡下確定薊馬的種類（主要依據(jù)成蟲的形態(tài)特征）[26]，并統(tǒng)計西花薊馬的發(fā)生區(qū)域、寄主植物種類以及種群數(shù)量。然后以西花薊馬數(shù)量超過10頭的寄主植物種群為材料，包括蜀葵Althaea rosea （Linn.） Cavan.、月季Rosa chinensis Jacq.、美人蕉Canna indica Linn.、辣椒Capsicum annuum Linn.、茄子Solanum melongena Linn.等，進行種群遺傳多樣性分析。檢測對象為雌性個體，具體的地域范圍為東經(jīng)98°18′42.25″～106°16′07.29″，北緯37°56′25.55″～39°43′23.21″，相關(guān)信息詳見表1。

1.2 西花薊馬種群基因組DNA提取

以5種寄主植物上的西花薊馬種群為材料，參照喬瑋娜等的方法[27]，提取單頭薊馬的DNA。提取的DNA以20 μL超純水復(fù)溶，濃度為100～250 ng/μL （超微量分光光度計，NanoPhotometerTM P330， Implen， Munich， Germany），-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 引物設(shè)計與PCR擴增及序列測定

參照NCBI數(shù)據(jù)庫中西花薊馬線粒體基因組DNA的全長序列（GenBank 登錄號：JN835456.1），以CO Ⅱ區(qū)域為靶標(biāo)，利用Oligo 7軟件自行設(shè)計引物FOCOIIZTF1 （5′TTT TGT ACG AAT CTC AAC A3′）和FOCOIIZTR1 （5′CTA GGT CGA AAC TAA ATG C3′）。引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成；擴增片段大小約為650 bp。CO Ⅰ基因序列的擴增使用標(biāo)準(zhǔn)的DNA條形碼引物L(fēng)epF1 （5′ATT CAA CCA ATC ATA AAG ATA TTG G3′）和LepR1 （5′TAA ACT TCT GGA TGT CCA AAA AAT CA3′），擴增片段大小約為700 bp[28]。PCR反應(yīng)體系為25 μL，其中，模板DNA 2 μL，10× Buffer 2.5 μL （含Mg2+），dNTPs 0.5 μL （0.2 mmol/L），上游引物和下游引物各0.5 μL（5 pmol/L），Taq DNA聚合酶（5 U/μL）0.25 μL，超純水18.75 μL。擴增程序：94℃預(yù)變性5 min；35個循環(huán)：94℃ 30 s，51℃ （CO Ⅰ） / 55℃ （CO Ⅱ） 30 s，72℃ 60 s；最后72℃延伸5 min。

取3 μL PCR擴增產(chǎn)物，加1 μL上樣緩沖液 （025%溴酚藍，40%蔗糖水溶液），在1% （W∶V）瓊脂糖凝膠（含0.5 μg/mL的Goldview Ⅱ）上以100 V電泳（電泳緩沖液為0.5×TAE）分離50 min后，以GelDoc Universal Hood Ⅱ型凝膠成像系統(tǒng)分析電泳結(jié)果，將含有目的片段的PCR產(chǎn)物送生工生物工程（上海）股份有限公司進行雙向測序。每一寄主種群檢測的數(shù)量，依據(jù)寄主植物的田間種植情況、西花薊馬的發(fā)生和采集情況以及測序質(zhì)量而定，各種群的檢測數(shù)量為14～63頭；5種寄主種群共計檢測獲得CO Ⅰ基因序列174條，CO Ⅱ基因序列177條（表1）。

1.4 序列比對分析

1.4.1 序列檢驗與分析

以MEGA 7.0軟件中的TraceEditor程序檢驗序列的峰圖質(zhì)量，并進行序列閱讀和人工校閱，對峰圖質(zhì)量較差或出現(xiàn)套峰的序列直接棄用，并重新擴增、測序和檢驗。然后，以Clustal W軟件進行多重序列比對分析，并利用NCBI數(shù)據(jù)庫進行BLAST比對，以確保所得序列來自靶標(biāo)基因。序列特征分析，包括多態(tài)位點分析、轉(zhuǎn)換/顛換偏倚率、堿基組成等也在MEGA7.0軟件環(huán)境下完成。

1.4.2 遺傳學(xué)參數(shù)計算與分析

以DnaSP 5.10軟件計算核苷酸多樣性（π）、單倍型多樣性（haplotype diversity， Hd），以及種群間遺傳分化程度評價參數(shù)FST（固定指數(shù)）、基因流及核苷酸平均差異數(shù)（K）等分子遺傳學(xué)參數(shù)[29]，并分別對mtDNA CO Ⅰ和CO Ⅱ基因片段進行Tajimas D和Fus Fs中性檢驗[3031]。同時，利用Arlequin 3.5.2.2軟件進行分子變異分析（analysis of molecular variance， AMOVA）[32]。

1.4.3 網(wǎng)狀樹和系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建

以不同寄主植物上的西花薊馬種群單倍型為靶標(biāo)，應(yīng)用Network 5.0程序中的中接網(wǎng)絡(luò)（medianjoining networks， MJ）法構(gòu)建單倍型網(wǎng)狀樹[33]。同時，以花薊馬Frankliniella intonsa （GenBank：JQ917403）為外群，采用MEGA 7.0中的鄰接法（neighborjoining， NJ）和最大似然法（maximum likelihood， ML）分別構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，估算西花薊馬各單倍型之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。其中，NJ樹主要通過MEGA 7.0中的Kimura雙參數(shù)模型（Kimura2Parameter）進行構(gòu)建[34]，并對進化樹的各分支進行Bootstrap檢測，重復(fù)1 000次；而ML樹的構(gòu)建，首先由MEGA 7.0計算獲得最優(yōu)核苷酸替代模型（Tamura3parameter model），然后再在此基礎(chǔ)上建樹，各分支同樣進行Bootstrap檢測，重復(fù)1 000次。此外，以CO Ⅰ基因為靶標(biāo)構(gòu)建進化樹時，分別以數(shù)據(jù)庫中已公開的西花薊馬溫室品系（GenBank：JN790696）和羽扇豆品系（GenBank：JN790699）的相應(yīng)堿基序列作為陽性參照[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 西花薊馬種群mtDNA CO Ⅰ和CO Ⅱ基因片段的序列特征

CO Ⅰ基因經(jīng)雙向拼接和Clustal W序列比對分析后，得到的片段長度為656 bp，共檢測到30個多態(tài)位點，包括6個自裔位點和24個簡約信息位點；其中，發(fā)生轉(zhuǎn)換的位點數(shù)為7個，發(fā)生顛換的位點數(shù)為1個，轉(zhuǎn)換/顛換偏倚率R為5.3；核苷酸A、T、C和G的平均含量分別為31.1%、39.0%、15.5% 和14.5%，堿基組成具有明顯的AT偏好性，（A+T）含量為70.1%。CO Ⅱ基因經(jīng)雙向拼接和Clustal W序列比對后，得到的片段長度為608 bp，共檢測到26個多態(tài)位點，均為簡約信息位點；其中，發(fā)生轉(zhuǎn)換的位點數(shù)為8個，發(fā)生顛換的位點數(shù)為0，轉(zhuǎn)換/顛換偏倚率R為27.3；核苷酸A、T、C、G的平均含量依次為34.8%、38.7%、12.9%和13.6%，堿基組成具有明顯的AT偏好性，（A+T）含量為73.5%。

2.2 不同寄主植物上的西花薊馬種群mtDNA單倍型分布

當(dāng)以CO Ⅰ基因為靶標(biāo)時，在測序成功的174條序列中共檢測到13種單倍型（haplotype， H）（H_1～H_13）。其中，H_1和H_2為優(yōu)勢單倍型，占單倍型的71.26% （表2）。此外，辣椒和茄子上的西花薊馬種群只有3種單倍型，且都為溫室品系單倍型，其中嘉峪關(guān)辣椒（JYGLJ）上的種群單倍型最少，只有2種；而蜀葵、月季和美人蕉上西花薊馬種群的單倍型多達7～9種，涉及溫室品系和羽扇豆品系的所有單倍型，其中張掖蜀葵（ZYSK）上的種群單倍型最少，僅有3種（表2）。當(dāng)以CO Ⅱ基因為靶標(biāo)時，在測序成功的177條序列中，共檢測到12種單倍型（H_1～H_12）；其中，H_1和H_2為優(yōu)勢單倍型，占所有單倍型的70.62% （表3）。此外，辣椒和茄子上的種群均只有2種單倍型，都為西花薊馬溫室品系；而蜀葵、月季和美人蕉上西花薊馬種群的單倍型數(shù)量為8～9種，同樣包括了溫室品系和羽扇豆品系的所有單倍型，其中嘉峪關(guān)蜀葵（JYGSK）上的種群單倍型最少，只有2種（表3）。

綜合分析，辣椒和茄子上的種群單倍型種類相對較少，主要以兩種最常見的單倍型H_1和H_2為優(yōu)勢單倍型，分別占96.96%和86.67% （CO Ⅰ基因）以及100%和100% （CO Ⅱ基因）；而蜀葵、月季和美人蕉上的種群單倍型種類相對較多，幾乎所有的單倍型都有發(fā)現(xiàn)，其中以代表溫室品系的單倍型H_1和H_2以及代表羽扇豆品系的單倍型H_6 （CO Ⅰ基因）或H_5 （CO Ⅱ基因）為優(yōu)勢單倍型（表2～3）。

2.3 不同寄主植物上的西花薊馬種群mtDNA CO Ⅰ和CO Ⅱ基因遺傳多樣性分析

遺傳多樣性分析結(jié)果顯示，總體上，無論以mtDNA CO Ⅰ基因還是CO Ⅱ基因為靶標(biāo)，辣椒和茄子上的西花薊馬種群的單倍型多樣性、核苷酸多樣性以及核苷酸平均差異數(shù)等遺傳多樣性指數(shù)相對較低；而蜀葵、月季及美人蕉上的種群單倍型多樣性、核苷酸多樣性以及核苷酸平均差異數(shù)等遺傳多樣性指數(shù)則相對較高，但以CO Ⅰ基因為靶標(biāo)時的張掖蜀葵（ZYSK）上的種群和以CO Ⅱ基因為靶標(biāo)時的嘉峪關(guān)蜀葵（JYGSK）上的種群的遺傳多樣性指數(shù)偏低（表4）。CO Ⅰ和CO Ⅱ基因的總體寄主植物種群的Fus Fs中性檢驗結(jié)果分別為2.36和4.06，且無顯著性，表明西花薊馬5種寄主植物上的種群歷史上未經(jīng)歷明顯的擴張，其種群大小整體保持穩(wěn)定。此外，所有寄主植物上的種群的Tajimas D和Fus Fs中性檢驗結(jié)果均未達到顯著水平（表4）。

2.4 不同寄主植物上的西花薊馬種群遺傳分化與分子變異分析

當(dāng)以CO Ⅰ基因為靶標(biāo)時，西花薊馬總寄主種群固定指數(shù)FST為0.068，變異范圍為-0.046～0.262；總基因流Nm為6.16，變異范圍為1.41～26.03。當(dāng)以CO Ⅱ基因為靶標(biāo)時，西花薊馬總寄主種群固定指數(shù)FST為0.067，變異范圍為-0.051～0.106；總基因流Nm為8.24，變異范圍為4.21～40.74 （表5）。綜合分析顯示，本研究中5種常見寄主植物上的西花薊馬種群之間基因交流充分，尚未發(fā)生明顯的遺傳分化。但兩種基因反映的各種群間遺傳分化水平并不完全一致，如基于CO Ⅰ基因的分析顯示，張掖茄子上的種群（ZYQZ）與嘉峪關(guān)辣椒上的種群（JYGLJ）和蜀葵上的種群（JYGSK）以及銀川美人蕉上的種群（YCMRJ）之間，張掖辣椒上的種群（ZYLJ）與張掖蜀葵上的種群（ZYSK）、銀川美人蕉上的種群（YCMRJ）之間存在明顯的遺傳分化；而基于CO Ⅱ基因的分析則顯示，它們之間的遺傳分化并不顯著（表5）。進一步的AMOVA分子變異分析表明，基于CO Ⅰ基因的各種群內(nèi)的遺傳變異（FST）差異性顯著（P < 0.05），而基于CO Ⅱ基因上則無顯著性差異（P > 0.05），但兩基因的分析均顯示種群遺傳變異主要源自種群內(nèi)部；此外，不同寄主植物間（FCT）以及同一寄主不同地理種群間（FSC）均表現(xiàn)出較低的遺傳變異水平（P > 0.05），各寄主植物種群間的遺傳變異不明顯（表6）。

2.5 單倍型系統(tǒng)發(fā)育及品系分析

以花薊馬F.intonsa （GenBank：JN835456.1）為外群，采用ML法和NJ法分別構(gòu)建各寄主植物上西花薊馬種群不同單倍型的系統(tǒng)發(fā)育樹，并對系統(tǒng)發(fā)育樹顯示的拓?fù)潢P(guān)系進行分析。結(jié)果顯示，當(dāng)以CO Ⅰ基因為靶標(biāo)時，兩種方法構(gòu)建的系統(tǒng)進化樹的聚類結(jié)果基本一致，且所有的單倍型均與外群明顯區(qū)分。整體上，進化樹分為明顯的2支。其中，第一支包含H_1～H_5， H_7～H_11以及H_13等共計11種單倍型，對應(yīng)西花薊馬的溫室品系；第二支包含單倍型H_6和H_12，對應(yīng)西花薊馬的羽扇豆品系（圖1a， 2a）。進一步的單倍型寄主植物對應(yīng)關(guān)系分析表明，代表羽扇豆品系分支的單倍型H_6和H_12來自寄主植物蜀葵、月季和美人蕉，而代表溫室品系分支的單倍型則在所有的寄主植物上均有發(fā)生（表2； 圖1a， 2a）。當(dāng)以CO Ⅱ基因為靶標(biāo)時，兩種方法構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹的聚類結(jié)果基本一致。整體顯示，系統(tǒng)發(fā)育樹同樣分為2支，其中，第一支包含H_1～H_4，H_6～H_7和H_9～H_12等10種單倍型；第二支包含2種單倍型，即單倍型H_5和H_8；兩個分支分別代表西花薊馬的溫室品系和羽扇豆品系（圖1b， 2b）。并且，單倍型寄主植物對應(yīng)關(guān)系的分析結(jié)果亦與CO Ⅰ基因的一致；亦即，代表羽扇豆品系分支的單倍型H_5和H_8來自寄主植物蜀葵、月季和美人蕉，而溫室品系的各單倍型則在所有寄主植物上都有發(fā)生（表3，圖1b， 2b）。

此外，以中接法構(gòu)建的單倍型網(wǎng)狀樹顯示的聚類分析結(jié)果，也與系統(tǒng)發(fā)育樹的單倍型分析結(jié)果基本一致，亦即，西花薊馬所有的種群個體聚為2支，并分別對應(yīng)西花薊馬的溫室品系和羽扇豆品系（圖3）。當(dāng)以CO Ⅰ基因為靶標(biāo)時，兩個種群的比例分別為91.38%和8.62% （表2， 圖3a）；當(dāng)以CO Ⅱ基因為靶標(biāo)時，兩個種群的比例分別為90.96%和9.04% （表3， 圖3b）。

3 討論

遺傳多樣性是生物多樣性的重要組成部分，也是維持物種進化的根本保證[35]。就入侵生物而言，其遺傳多樣性極易受到“奠基者效應(yīng)”、“瓶頸效應(yīng)”、遺傳漂變等因素的影響，并進而使入侵種群的遺傳多樣性降低[3637]。西花薊馬是本世紀(jì)初傳入我國的一種重要的外來入侵生物，為闡明其傳播擴散機制我國學(xué)者相繼開展了基因變異、群體遺傳結(jié)構(gòu)分化等方面的研究，并證實入侵我國的西花薊馬種群的遺傳多樣性較低，種群歷史上可能經(jīng)歷過“瓶頸效應(yīng)”[11， 13]。本研究以mtDNA CO Ⅰ和CO Ⅱ基因為靶標(biāo)，以我國寧夏和甘肅田間常見的5種寄主植物上的西花薊馬為對象，分析了其種群遺傳多樣性和遺傳結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示，辣椒和茄子上的西花薊馬種群其單倍型多樣性、核苷酸多樣性以及核苷酸平均差異數(shù)等遺傳參數(shù)總體上均較蜀葵、月季和美人蕉等寄主種群低（表4），結(jié)合采樣地特征分析其原因可能與辣椒和茄子受人為干擾較多有關(guān)；進一步的種群間固定指數(shù)和基因流分析顯示，5種常見寄主植物上西花薊馬種群之間基因交流充分，未發(fā)生明顯的遺傳分化，但各種群間兩種基因反映的遺傳分化水平并非完全一致（表5）。有研究表明不同線粒體基因以及蛋白質(zhì)編碼基因的不同編碼位點的進化速率存在差異[3839]，因此推測這種不一致可能與西花薊馬mtDNA CO Ⅰ和CO Ⅱ基因的突變速率不同有關(guān)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，不同寄主植物上的西花薊馬種群的多態(tài)性位點數(shù)差異不明顯，且沒有明顯的規(guī)律性；同時，檢測出的CO Ⅰ和CO Ⅱ基因的單倍型數(shù)量均較少，分別只有13種和12種，低于原產(chǎn)地的30種（CO Ⅰ基因）[25]，表明該區(qū)域西花薊馬種群可能經(jīng)歷過“瓶頸效應(yīng)”，或是由于初始定殖種群數(shù)量較少而顯示了“奠基者效應(yīng)”。

Tajimas D和Fus Fs模型是目前兩種應(yīng)用最為廣泛的種群內(nèi)等位基因頻率中性檢驗?zāi)Ｐ?，該兩種模型可用于推算種群的歷史變化動態(tài)[40]。當(dāng)中性檢驗結(jié)果顯著小于0時，可推斷種群在歷史上曾發(fā)生過規(guī)模擴張和定向選擇；當(dāng)中性檢驗結(jié)果顯著大于0時，可認(rèn)為種群大小在歷史上曾發(fā)生萎縮和平衡選擇；而當(dāng)D值不顯著背離0時，中性零假說則不能被排除，表明種群大小歷史上保持相對穩(wěn)定[3031]。本研究的Tajimas D和Fus Fs中性檢驗結(jié)果均不具有顯著性，表明我國西北地區(qū)的寧夏和甘肅田間5種寄主植物上的西花薊馬種群歷史上并未經(jīng)歷明顯的擴張，究其原因可能與其入侵時間比較短，尚未積累到足夠的遺傳突變而偏離中性進化有關(guān)（表4）。進一步的系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，與溫室品系不同，代表羽扇豆品系的單倍型主要來自多年生的蜀葵、月季和美人蕉等3種植物，而辣椒和茄子并無羽扇豆品系的發(fā)生，表明野外不同品系的西花薊馬其寄主偏好性可能不一樣，羽扇豆品系可能更嗜食多年生植物。此結(jié)論在以往的研究中亦得到了佐證，如，在RugmanJones等的研究中[41]，除未確定種名的寄主植物外，羽扇豆品系均采自桃Prunus persica、歐洲李Prunus domestica、柳葉石楠Heteromeles arbutifolia、巨杉Sequoiadendron giganteum、加州葡萄Vitis californica、灌木羽扇豆Lupinus arboreus、花菱草Eschscholzia californica、全緣葉美洲茶Ceanothus integerrimus等多年生植物；在我國的相關(guān)研究中，羽扇豆品系亦多采自月季、三葉草Trifolium repens、繡球花Hydrangea macrophylla、洋薊Cynara scolymus、油菜Brassica campestris，以及多花薔薇Rosa multiflora、大麗花Dahlia pinnata和雞冠花Celosia cristata等植物[1214]，這些寄主植物亦多為二年生、多年生或越年生。故此推測，多年生/越年生植物可能更有利于西花薊馬羽扇豆品系種群的發(fā)生。

本研究對象為西北地區(qū)寧夏、甘肅范圍內(nèi)常見的5種寄主植物上的西花薊馬種群，寄主種類相對較少，而西花薊馬屬雜食性害蟲，寄主范圍廣泛，因此有關(guān)其寄主專化性以及種群遺傳多樣性尚需進一步研究，未來應(yīng)在更廣泛的地理范圍開展樣本采集，并需要結(jié)合生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等特性予以佐證。

參考文獻

[1] KIRK W D J. The pest and vector from the west： Frankliniella occidentalis [C]∥Thrips and Tospoviruses： Proceedings of the 7th International Symposium on Thysanoptera， Canberra， Australia：Australian National Insect Collection，2002：3342.

[2] 呂要斌， 貝亞維， 林文彩， 等. 西花薊馬的生物學(xué)特性、寄主范圍及危害特點[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2004， 16（5）： 317320.

[3] KIRK W D J， TERRY L I. The spread of the western flower thrips Frankliniella occidentalis （Pergande）[J]. Agricultural and Forest Entomology， 2003， 5（4）： 301310.

[4] 張友軍，吳青君，徐寶云，等.危險性外來入侵生物——西花薊馬在北京發(fā)生危害[J].植物保護，2003，29（4）：5859.

[5] 吳青君，徐寶云，張治軍，等.京、浙、滇地區(qū)植物薊馬種類及其分布調(diào)查[J].中國植保導(dǎo)刊，2007，27（1）：3234.

[6] 鄭長英，劉云虹，張乃芹，等.山東省發(fā)現(xiàn)外來入侵有害生物——西花薊馬[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，24（3）：172174.

[7] 袁成明，郅軍銳，李景柱，等.貴州省蔬菜薊馬種類調(diào)查研究[J].中國植保導(dǎo)刊，2008，28（7）：810.

[8] 劉佳，張林，盧焰梅，等.湖南外來入侵害蟲西花薊馬初步調(diào)查[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（25）：1380013801.

[9] 楊華，崔元玗，張升，等.外來入侵害蟲西花薊馬在新疆的發(fā)生為害[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，47（11）：22522253.

[10]呂要斌，張治軍，吳青君，等.外來入侵害蟲西花薊馬防控技術(shù)研究與示范[J].應(yīng)用昆蟲學(xué)報，2011，48（3）：488496.

[11]YANG Xianming， SUN Jingtao， XUE Xiaofeng， et al. Invasion genetics of the western flower thrips in China： evidence for genetic bottleneck， hybridization and bridgehead effect [J]. PLoS ONE， 2012， 7： e34567.

[12]DUAN Huisheng， YU Yi， ZHANG Ansheng， et al. Genetic diversity and inferences on potential source areas of adventive Frankliniella occidentalis （Thysanoptera： Thripidae） in Shandong， China based on mitochondrial and microsatellite markers[J]. Florida Entomologist， 2013， 96（3）： 933940.

[13]沈登榮，宋文菲，袁盛勇，等.基于mtDNACOⅠ的云南西花薊馬的遺傳分析[J].植物保護，2014，40（5）：7579.

[14]張桂芬，喬瑋娜，古君伶，等.我國西花薊馬線粒體DNACOⅠ基因變異及群體遺傳結(jié)構(gòu)分析[J].生物安全學(xué)報.2014，23（3）：196209.

[15]LOOMANS A J M， LENTEREN J C V. Biological control of thrips pests： a review on thrips parasitoids [J]. Wageningen Agricultural University Papers， 1995， 95（1）： 89201.

[16]MORITZ G. The biology of thrips is not the biology of their adults： a developmental view [C]∥Thrips and Tospoviruses： Proceedings of the 7th International Symposium on Thysanoptera， Canberra， Australia： Australian National Insect Collection， 2002： 259267.

[17]BRDSGAARD H F. Insecticide resistance in European and African strains of western flower thrips （Thysanoptera： Thripidae） tested in a new residueonglass test [J]. Journal of Economic Entomology， 1994， 87（5）： 11411146.

[18]NIELSEN M C， TEULON D A J， CHAPMAN R B， et al. Comparison of life history parameters of two Frankliniella occidentalis （Thysanoptera： Thripidae） strains in New Zealand [J]. Environmental Entomology， 2010， 39（2）： 303311.

[19]JANZ N， NYBLOM K， NYLIN S. Evolutionary dynamics of hostplant specialization： a case study of the tribe Nymphalini [J]. Evolution， 2001， 55（4）： 783796.

[20]NOVOTNY V， DROZD P， MILLER S E， et al. Why are there so many species of herbivorous insects in tropical rainforests？[J]. Science， 2006， 313（5790）： 11151118.

[21]BRUNNER P C， CHATZIVASSILIOU E K， KATIS N I， et al. Hostassociated genetic differentiation in Thrips tabaci （Insecta； Thysanoptera）， as determined from mtDNA sequence data [J]. Heredity， 2004， 93（4）： 364370.

[22]JURADORIVERA J A， VOGLER A P， REID C A， et al. DNA barcoding insecthost plant associations [J]. Proceedings of the Royal Society of London B： Biological Sciences， 2009， 276（1657）： 639648.

[23]MOPPER S.Adaptive genetic structure in phytophagous insect populations [J]. Trends in Ecology and Evolution， 1996， 11（6）： 235238.

[24]PYRY J， LUOTO M， PAUKKUNEN J， et al. Different responses of plants and herbivore insects to a gradient of vegetation height： an indicator of the vertebrate grazing intensity and successional age [J]. OIKOS， 2006， 115（3）： 401412.

[25]BRUNNER P C， FREY J E.Habitatspecific population structure in native western flower thrips Frankliniella occidentalis （Insecta， Thysanoptera）[J]. Journal of Evolutionary Biology， 2010， 23（4）： 797804.

[26]FUNDERBURK J， DIFFIE S， SHARMA J， et al. Thrips of ornamentals in the southeastern US [J]. Entomology and Nematology Department， Florida Cooperative Extension Service， Institute of Food and Agricultural Sciences， University of Florida， 2007， ENY845 （IN754）.

[27]喬瑋娜， 萬方浩， 張愛兵， 等. DNA條形碼技術(shù)在田間常見薊馬種類識別中的應(yīng)用[J]. 昆蟲學(xué)報， 2012， 55（3）： 344356.

[28]HEBERT P D N， PENTON E H， BURNS J M， et al. Ten species in one： DNA barcoding reveals cryptic species in the neotropical skipper butterfly Astraptes fulgerator [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2004， 101（41）： 1481214817.

[29]LIBRADO P， ROZAS J. DnaSP v5： A software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data [J]. Bioinformatics， 2009， 25（11）： 14511452.

[30]TAJIMA F. Statistical method for testing the neutral mutation hypothesis by DNA polymorphism[J]. Genetics， 1989， 123（3）： 585595.

[31]FU Yunxin. Statistical tests of neutrality of mutations against population growth， hitchhiking and background selection[J]. Genetics， 1997， 147（2）： 915925.

[32]EXCOFFIER L， LISCHER H E.Arlequin suite ver3.5： a new series of programs to perform population genetics analyses under Linux and Windows [J]. Molecular Ecology Resources， 2010， 10（3）： 564567.

[33]BANDELT H J， FORSTER P， RHL A. Medianjoining networks for inferring intraspecific phylogenies [J]. Molecular Biology and Evolution， 1999， 16（1）： 3748.

[34]KUMAR S， STECHER G， TAMURA K. MEGA7： Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 7.0 for bigger datasets [J]. Molecular Biology and Evolution， 2016， 33（7）： 18701874.

[35]GIENAPP P， TEPLITSKY C， ALHO J S， et al. Climate change and evolution： disentangling environmental and genetic responses [J]. Molecular Ecology， 2008， 17（1）： 167178.

[36]AUSTERLITZ F， JUNGMULLER B， GODELLE B， et al. Evolution of coalescence times， genetic diversity and structure during colonization [J]. Theoretical Population Biology， 1997， 51（2）： 148164.

[37]TSUCHIDA K， KUD K， ISHIGURO N. Genetic structure of an introduced paper wasp， Polistes chinensis antennalis （Hymenoptera， Vespidae） in New Zealand [J]. Molecular Ecology， 2014， 23（16）： 40184034.

[38]HUA Jimeng， LI Ming， DONG Pengzhi， et al. Comparative and phylogenomic studies on the mitochondrial genomes of Pentatomomorpha （Insecta： Hemiptera： Heteroptera）[J]. BMC Genomics， 2008， 9（1）： 610.

[39]NEGRISOLO E， BABBUCCI M， PATARNELLO T. The mitochondrial genome of the ascalaphid owlfly Libelloides macaronius and comparative evolutionary mitochondriomics of neuropterid insects [J]. BMC Genomics， 2011， 12（1）： 221.

[40]NIELSEN R. Molecular signatures of natural selection[J]. Annual Review of Genetics， 2005， 39： 197218.

[41]RUGMANJONES P F， HODDLE M S， STOUTHAMER R. Nuclearmitochondrial barcoding exposes the global pest western flower thrips （Thysanoptera： Thripidae） as two sympatric cryptic species in its native California [J]. Journal of Economic Entomology， 2010， 103（3）： 877886.

（責(zé)任編輯：田 喆）