瓢虫对食物改变的适应和食性进化研究

Diet range of predatory ladybirds is the main consideration for their ecological securities in biological control uses. However, diets of ladybirds are usually broad and complex, and their evolutionary pattern of feeding habits is still unclear. We assume that evolution of several key genes bringing ladybirds able to meet their nutritional requirements and cope with toxics from their new diets. This project will explore the adaptation of diet shifts and evolution of feeding habits of ladybirds from micro- and macro-evolutionary aspects. First, six ladybirds that are used in biological control and with different feeding habits will be selected, and their changes in life history traits and gene regulations after diet shifts will be tested. Then, their recoveries of fitness and evolution of key genes were tested when they maintain on that new diets. Last, we will test whether evolutionary pattern of key genes maps feeding habits of different ladybird species. This project will deeper the understanding of molecular mechanism of ladybird feeding habit evolution, thus provide theoretical basis for better use of the biological control agents.

生物防治中天敌的食性范围决定了其对生态安全与否。然而瓢虫的食物广泛而复杂，至今仍难有合适的理论解释瓢虫的食性进化规律。如果从食物是否满足营养需求，以及其毒物是否能被应付两方面考虑瓢虫对食物的适应，那么瓢虫的食性改变可能是营养物质转运代谢和解毒相关基因进化的结果。本项目将从微进化和宏进化的角度解释瓢虫对食物改变的适应和食性进化规律。首先选取六种生物防治中常用的且食性不同的天敌瓢虫，分析其食物改变后生命史参数所反映的适合度改变，并使用转录组比较的方法找出表达调控的基因。然后观察瓢虫持续取食新食物下适合度的恢复情况及相关基因的进化。最后从瓢虫科种间水平验证相关基因进化与食性进化的关系。本项目旨在更深入地认识瓢虫食性进化的分子机制，为优良与安全天敌选育提供理论依据。

瓢虫的食性决定其是否适用于生物防治的使用。然而目前我们对瓢虫食性进化的认识仍有不足。本项目我们以几种生物防治中常用的天敌瓢虫为模式，揭示了瓢虫在数个世代内对新猎物快速适应的现象。对食物适应的过程可能在不同瓢虫种类之间有一定的共性，体现在取食新猎物时表现力不同程度的下降和差异表达基因均主要富集在发育、消化和解毒等功能上。鉴定出一系列与瓢虫食物适应相关的候选基因，这些基因将作为下一步瓢虫基因进化与性状关联的研究作准备。这是国际上首次从分子和微观进化层面解释瓢虫的食性。这些发现对瓢虫“单一食性”的安全标准提出了挑战，即偏好靶标猎物的瓢虫可能通过对非靶标猎物的快速适应而给本地生态带来威胁。我们提出要从进化生物学角度重新认识天地的食性，为更精准和安全的生物防治使用提供基础。