光肩星天牛两型间基因渗透及其适应性分化的遗传机制

Anoplophora glabripennis and A. nobilis were considered as two of the most danger sibling species of poplar in China. They display quite similar morphologial, physiological and behavioural characteristics. Recently, A. nobilis was placed in synonymy with A. Glabripennis. This synoymy has supported by crossing-mating studies, morphological analyses and molecular comparisons. Geographic isolation and heterogeneous environment were resulted in divergence of the two strains. Although primaeval allopatric, in some regions the ranges of two members of A. Glabripennis meet or overlap now. Morphologically intermediate individuls were found in overlap regions, which implying the possibility of intraspecific introgression. In this project, several molecular markers (mitochondrial DNA sequences, mtDNA; microsatellite, SSR; Amplified fragment length polymorphism, AFLP) will be used to illustrate the genetic variation of A. glabripennis. The evolution dynamic and the influence of introgressive in shaping genetic structure pattern of this insect will be assessed. To identify the suite of genes involved in the differentiation of A. glabripennis, a genome-wide cDNA-AFLP gene expression assay will be conducted as an platform to screen for candidate genes that are differentially expressed between the two strains. This project will elucidate the miroevolutionay processes and the molecular mechanisms of differentiati in A. glabripennis and will yeild information for the study of the microevolution and early speciation of phytophagous insects.

对我国杨树造成严重危害的光肩星天牛与黄斑星天牛曾经被认为是两个不同的种。除其原分布区不同，两者在形态特征、生物生态学特性等方面都非常相似，因而，它们的种间关系一直饱受争议。近年来，通过国内外学者的深入研究，证实了两者是同一种的两种型。两型光肩星天牛产生分化的主要原因很可能是历史上的地理隔离对基因交流的限制,以及对不同环境的适应性变异。目前，在两型重叠分布区发现的"中间型"现象暗示着渐渗杂交的发生。本项目借助线粒体基因序列、核基因组的SSR、AFLP等分子标记，结合群体遗传学的相关研究方法，揭示光肩星天牛的系统进化历程及基因渗透在该过程中的作用；利用cDNA-AFLP技术和比较基因组学的方法，明确与两型适应性分化相关的功能基因。最终阐明光肩星天牛的种内微进化过程和两型分化的遗传机制，为后续探讨其适应性变异的多基因调控机制的研究提供基础，同时为其它昆虫表型变异的微进化过程研究提供借鉴。

光肩星天牛Anoplophora glabripennis (Motschulsky)是国内最重要的林木蛀干害虫之一，在中国分布范围较广，存在白斑和黄斑两种型。本项目采用生物信息学的方法分析光肩星天牛全基因组微卫星特征，设计微卫星引物2621对，并且从中筛选出21对SSR引物。结合形态标记和微卫星分子标记的研究方法，以光肩星天牛在中国分布的20个地理种群585个个体为研究对象，对其表型性状的差异和遗传多样性、遗传结构以及两型间的种群分化问题进行了探讨。构建了光肩星天牛鞘翅斑纹颜色数字化分析的方法，为其两型分化机制的研究提供基础。研究表明光肩星天牛的表型特征存在着广泛的变异且与寄主和地理因子相关，群体内变异是其表型性状变异的主要来源。阐述了光肩星天牛地理种群遗传结构与两型遗传分化：光肩星天牛的地理种群的遗传结构具有一定的区域性，但受到地理阻隔的种群间也存在一定的基因交流，推测其遗传结构受到人为因素的影响较大。光肩星天牛的两型之间存在较强的基因交流，遗传分化很低，远小于地理隔离对其造成的分化；不同颜色斑型类群的遗传距离聚类结果与他们斑型颜色变化趋势相一致，即光肩星天牛两型之间在遗传关系上也存在与表型一致的过渡现象。构建的光肩星天牛触角转录组，鉴定了42个气味结合蛋白OBPs、12个化学感受蛋白CSPs、14个性信息素降解酶PDEs、1个气味降解酶ODE、37个气味受体ORs、11个味觉受体GRs、2个感觉神经元膜蛋白SNMPs和4个离子型受体IRs。组织表达谱的研究表明，化学感受蛋白AglaCSP3、 AglaCSP6和AglaCSP12偏向在下颚须中高表达；AglaCSP7和AglaCSP9偏向在触角中高表达；且绝大多数的化学感受蛋白在六种感受器官中高表达，表明化学感受蛋白参与几乎所有六种感受器官的嗅觉识别过程。性信息素结合蛋白AglaPBP2，偏向性地在触角中表达，表明其主要作用可能是参与性信息素的高效及专一性识别。本研究阐述了光肩星天牛的种内微进化过程和两型分化的遗传机制，为后续探讨光肩星天牛适应性变异的多基因调控机制及其化学感受机制的研究奠定了基础。