扶桑绵粉蚧地理扩张过程中生态适应性的变化及其机制研究

Ecological adaption features are the important field of biological invasion research, and they are be used as indictors of invasiveness of alien species. However, little is known about their geographic changes thus far due to the lack of this field. The cotton mealybug, Phenacoccus solenopsis Tinsley, which posses a number of invasion-related biological traits including capacity of feeding on a broad range of host plants, high fecundity, strong tolerance to adverse environments, has occurred widely in China, and it is continuously spreading rapidly. Our projects will compare different geographic populations (collected both from native and invasive regions) regarding their growth, development, reproduction, defenses again natural enemies, and genetic diversity and genetic structures; study plasticity of each life traits and the variance of plasticity along latitude; and compare the transcriptional features of populations displaying to have variance of observed life traits. Our objects are to find the biological feature/traits that have changed during the invasion of this mealybug, evaluate the roles of plasticity for adaptation, and uncover the genetic basis of such adaptation. We will hopefully find certain crucial mechanisms that have contributed to the rapid invasion of this mealybug, in particular those associated with invasiveness. And we will also obtain a number of new findings in the fields of life plasticity of invasive insects, and the ecological adaptation strategies of mealybugs, thereby enrich the knowledge of invasion biology of alien insects.

生态适应性是生物入侵研究的重要内容，是衡量外来物种入侵性强弱的关键指标。但是，国际上有关入侵性昆虫生态适应性地理变化的研究较为匮乏。扶桑绵粉蚧具有寄主植物多、生殖力高、抗逆性强等特点，目前已在我国13个省份发生，且仍在继续扩张中。本项目系统比较该粉蚧不同地理种群（包括原发生地、不同入侵地种群）在生长、发育、生殖、防御等性状以及遗传多样性、遗传结构方面的差异；研究各性状的可塑性程度，以及可塑性的地理差异；针对存在地理差异的性状进行种群间的转录组比较。综合这些研究，探明该昆虫扩张中已发生适应性变化的生物学指标，可塑性在其中所起的作用，以及适应性变化的遗传基础。本项目将揭示扶桑绵粉蚧地理扩张的重要机制，尤其是其入侵性形成的内在机理；同时将在入侵昆虫生活史和防御的可塑性、粉蚧类昆虫防御策略的适应性变化等方面取得创新性结果，丰富和发展外来昆虫的入侵生物学理论。

外来昆虫已严重危害我国农林生产和生态安全，对其中重要入侵种的生态适应性及相关机制分析开展深入研究，对生物入侵基础理论发展和防控策略制订均有重要意义。我国是遭受入侵性粉蚧威胁最严重的国家之一，但是有关此类害虫生态适应性的考察多从与蚂蚁的互利关系、寄主范围广等大家熟知的方面入手，极少从适应性有何变化、如何变化这一角度去分析，尤其对重要生活史性状、种群遗传多样性、遗传瓶颈、生殖与防御的能量分配权衡等入侵生物学核心问题的关注明显不够。.故此，本项目选择一种分布较广且仍在扩张的粉蚧类害虫扶桑绵粉蚧为研究对象，开展了同地理种群生活史性状、遗传结构与多样性、免疫水平及其与生殖能量支出权衡关系等的比较与相关入侵机制探讨。通过比较其国内外三个地理种群（巴基斯坦旁遮普、浙江兰溪、广西防城港）在棉花和番茄上多个世代的生活史参数，揭示了某些种群扩张过程中雌虫持有强大生殖力这一重要特点，而且在其雄虫交配行为方面也有能很好体现适应性的特点。在入侵过程中，该粉蚧的免疫水平已发生一定程度的变化，有些生殖力强的种群其免疫力也较强，表明生殖与免疫水平两者之间不存在明显的能量权衡关系；同时。如我们所料，有些种群遭受了一定程度的遗传瓶颈，同时这些种群的生殖、免疫等并不一定存在下降或被削弱的趋势，表明遗传瓶颈对其生态适应性并未造成明显影响。同样重要的是，我们基于代谢组、转录组和蛋白组等多组学分析并结合基因功能研究，发现一个脂酰辅酶A还原酶基因（PsFAR）在扶桑绵粉蚧蜡质的合成中起重要作用。.据我们所知，本项目为入侵性粉蚧为研究对象，综合性探讨生活史、遗传多样性、遗传瓶颈、相关性状能量支出权衡等生物入侵相关性状的少数研究之一。 上述有关雄虫生殖力、生殖与免疫权衡关系、遗传瓶颈等入侵要关性状或特征的研究结果，不仅让我们对外来粉蚧入侵机制有了创新性认识，而且为分析入侵趋势、探寻新的防控措施（如靶向蜡质合成阻断的技术）提供了新思路。