跳甲属昆虫食性相关基因定位、QTLs分析及在生态性物种形成过程中的作用机制

Herbivorous insects account for more than 1/4 eukaryote of the word. About 50% of speciation events were accompanied by a host shift for herbivorous insects. Therefore, host plant specilization and host shifting may play an important role in speciation. The molecular genetic study on host-related behavioral traits would have tremendous implications for our understanding of insect biodiversity and its essence.Three sympatric closely-related flea beetles with distinct host plants and incomplete post-mating reproductive isolation will be selected for present study. QTL mapping studies of host-related traits (feeding preference, oviposition preference, assortative mating, etc.) will be carried out combined with inter-specific hybridization, molecular data (AFLP and SSR) and behavioral assays. Then the molecular genetic basis of behavioral divergence, and the genetic correlation among these behavioral traits will be detected. These results would contribute to our understanding of host selection, host utilization and assortative mating, and also provide more data for the theories of ecological speciation and sympatric speciation.

植食性昆虫占到了整个真核生物种类的1/4以上，其中近50％的植食性昆虫物种形成事件伴随着寄主转移现象。可见，寄主植物的转移和专化对于植食性昆虫的物种形成起到重要作用。开展与食性相关的行为特征的分子遗传学机制的研究可以在一定程度上揭示昆虫物种多样性形成的本质。本研究拟选取三种分布区重叠、交配后生殖隔离不完善且寄主植物迥异的专食性近缘跳甲为研究对象，通过种间杂交的方式，利用扩增片段长度多态性（AFLP）和微卫星（SSR）构建遗传图谱，结合行为学实验，对和取食、产卵、生殖力和选型交配等行为相关的数量性状基因座（QTL）进行分析，探讨食性分化的分子遗传学机制以及食性分化和交配行为的相关性。从而深入理解植食性昆虫寄主选择、利用特征以及交配行为的遗传关联性和进化趋势，为生态性物种形成和同域物种形成理论提供资料。

大约近50％的植食性昆虫物种形成事件伴随着寄主转移现象。可见，寄主植物的转移和专化对于植食性昆虫的物种形成起到重要作用。开展与食性相关的行为特征的分子遗传学机制的研究可以在一定程度上揭示昆虫物种多样性形成的本质。本研究以蛇莓跳甲和老鹳草跳甲为主要研究对象，通过种间杂交的方式，获取了杂交F2代做为作图群体，利用简化基因组测序获取的SNP作为分子标记构建遗传图谱，并结合行为学实验对控制跳甲取食和产卵的数量性状基因座（QTL）进行分析，探讨了食性分化的分子遗传学机制以及食性分化和交配行为的相关性。在上述研究的基础上我们还进行了拓展研究。首先，探讨了两种跳甲的行为隔离机制，结合行为学和化学生态学的研究结果表明，跳甲利用接触性表皮碳氢化合物作为性信息素实现生殖隔离，寄主植物可以影响表皮碳氢化合物的成分的相对含量，从而影响跳甲的交配行为。因此，我们认为，寄主植物的转移改变了跳甲表皮碳氢化合物的成分和相对含量，进而影响跳甲雄虫的交配选择行为，这在物种分化的初始阶段起到重要作用。另外，我们还发现，表皮碳氢化合物在种内个体识别中也起到重要作用，蛇莓跳甲、老鹳草跳甲和蓟跳甲在选择交配对象时均可识别同种的不同性别（雌vs雄）以及同种不同生理状态的雌性个体（性成熟vs未性成熟），但跳甲表皮碳氢化合物的差异并不是唯一的识别信号。通过野外调查、行为学实验和化学生态学分析，我们首次揭示了毛萤叶甲一种可能的物种分化机制：寄主植物年龄的差异导致植物化学物质的差异，继而导致植食性昆虫产生微生境隔离和行为隔离。该项目的开展为生态性物种形成和同域物种形成理论提供了重要资料。