基于微卫星及线粒体基因标记研究我国思茅松毛虫种群的遗传分化

Simao pine moth, Dendrolimus kikuchii Matsumura (Lepidoptera: Lasiocampidae) is a major forestry pest insects, causing severe economical damage in more than 10 provinces of southern China. The wide spreading, large amount of host plants, the complex interaction between the moth and host plants, as well as the complex interaction between the moth and diverse environments may result in its high level of genetic variation, which makes the moth more and more difficult to manage. In present study, we use 4 microsatellite markers and 2 mitochondrial DNA gene fragments to investigate genetic diversity and structure of different D. kikuchii populations, to analyze the gene flow and phylogenetical relationship among populations, to trace the history of species dispersal, and to discuss the possible factors that caused the moth's genetic variation. These results have a great significance in providing guidance for developing pest management strategies according to the observed characters of genetic diversity, genetic structure and gene flow in the study.

思茅松毛虫是危害我国南方松林的一种重要害虫，目前分布于我国南方十余个省区。思茅松毛虫寄主众多，分布广泛，该虫与众多的寄主植物以及与复杂多变的环境条件之间的交互作用，可能会导致其较强的遗传变异，从而增加了害虫防治的复杂性。本研究将利用4个微卫星位点基因及2个线粒体基因，标记研究我国思茅松毛虫不同种群的遗传多样性、遗传结构、种群间的基因流动及谱系生物地理学亲缘关系，追溯其扩散历史并探讨其分化成因。研究结果对于制定符合我国思茅松毛虫种群遗传多样性、遗传结构和基因流动特点的综合防治策略具有重要的指导意义。

松毛虫属昆虫因所处的地理环境及寄主的不同会产生显著的遗传分化，不同亚种或种群间可以相互杂交而呈现出杂种优势，使得松毛虫混同发生区的灾害更为严重和持久。因此开展松毛虫属害虫的种群遗传分化研究十分必要。思茅松毛虫是我国南方重要的森林害虫，寄主多样，分布广泛。由于地理隔离、寄主偏好性、人为因素以及常年的化学防治，思茅松毛虫种群势必会在这些生存压力的作用下产生相应的适应机制，从而产生遗传分化。本研究将利用已报道的4个微卫星位点基因以及昆虫学中常用的3种线粒体基因作为标记，研究我国思茅松毛虫不同种群的遗传多样性以及遗传结构，分析其分化成因，并探讨种群的扩散模式、种下亲缘关系以及扩散历史。研究发现，所选取的7对线粒体引物和1个核糖体基因中，有3对可以稳定扩增，其他5对存在扩增不稳定、无法扩增和多态性较差的情况。所选取的4对微卫星引物在不同种群中只能零星扩增，无法满足本研究中分子标记的需要。基于COI、COII、Cytb三个基因的标记研究发现，多数种群显示出了较高的遗传多样性。中接网络分析（Median-Joining network）研究表明，15个种群可聚合为华中、华东和西南三个分支，且临近或同一省份的种群聚到同一分支。这一结果同遗传距离与地理距离呈显著正相关的结果相一致（r=0.74824, P=0.00001）。分子方差分析的结果表明，94.69%的遗传分化来自于种群间，而只有5.31%的遗传分化来自于种群内。种群间的FST值范围从0到0.98025。在全部的105对成对比较中，有94对表现出了高或者非常高的遗传分化。基于单个基因片段和拼接片段的数据，利用DnaSP运算的结果表明，思茅松毛虫在我国南方分布区没有经历过种群扩张。种群保持稳定的时间大致可推测为 26500 (COI)、21600 (COII) 和 11800 (Cytb) 年前。基于Tajima’ D 和Fu’s Fs 值所获得的不显著的中性检验结果也支持这一结论。综上所述，我国思茅松毛虫不同种群表现出了显著的遗传分化和较高的遗传多样性。较高的种群遗传多样性以及各种群中独有单倍型的大量存在，暗示着思茅松毛虫的起源地在中国。种群结构化的原因包括地理屏、地理距离、较弱的迁飞能力以及种群的生活史差异。研究结果暗示着采集区域内的思茅松毛虫种群已经达到或者接近遗传平衡。这可能是迁移-漂变相互平衡的结果。研究结果对于制定