二化螟寄主種群分化及其交配節(jié)律差異產(chǎn)生的內(nèi)源機制.pdf

1、同域物種形成是物種形成的基本方式之一，同域物種形成過程中的生殖隔離機制一直是進化生物學領域的研究熱點。二化螟Chilo suppressalis嚴重危害水稻和茭白等禾本科植物，有學者認為二化螟已經(jīng)分化為水稻和茭白寄主種群，處于同域物種形成的早期階段。交配節(jié)律差異可能是導致二化螟寄主種群間交配前生殖隔離的重要因素之一。然而，目前仍然缺乏證據(jù)證實交配節(jié)律差異在二化螟水稻和茭白種群間生殖隔離中的作用，不清楚種群間交配節(jié)律差異產(chǎn)生的內(nèi)源機制。<

2、br>　　本研究以二化螟水稻和茭白種群為材料，研究了寄主植物對二化螟寄主種群生物學特征及交配節(jié)律的影響，驗證了二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律的遺傳模式，明確了二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律差異在種群間生殖隔離中的作用，探索了二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律差異的內(nèi)源機制。主要結(jié)果及結(jié)論如下:
　　1.寄主植物對二化螟寄主種群生物學特征及交配節(jié)律的影響
　　通過轉(zhuǎn)換寄主實驗研究了寄主植物對二化螟幼蟲存活率、幼蟲發(fā)育歷期、3日齡蛹重、成

3、蟲前翅長、交配節(jié)律等表型的影響。結(jié)果顯示，寄主植物顯著影響二化螟水稻和茭白種群的幼蟲存活率、幼蟲發(fā)育歷期、3日齡蛹重、成蟲前翅長等生物學指標，但不影響二化螟成蟲的交配節(jié)律。研究結(jié)果證實二化螟已經(jīng)分化為水稻和茭白寄主種群，水稻和茭白種群特有交配節(jié)律是長期適應進化形成的可穩(wěn)定遺傳的表型。
　　2.二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律的遺傳模式
　　通過二化螟水稻和茭白種群的種群間雜交、雜交代與親本種群的回交實驗，驗證了二化螟交配節(jié)律的遺

4、傳模式，分析了兩種群控制交配節(jié)律的等位基因的顯隱性關系。結(jié)果顯示，二化螟水稻和茭白種群正交及反交獲得的F1代與水稻種群進行回交時，交配節(jié)律與兩親本種群交配節(jié)律的存在顯著差異;與茭白種群進行回交時，交配節(jié)律與茭白種群的交配節(jié)律一致。F1代的母本及父本的種群來源均顯著影響F1代成蟲的交配節(jié)律。研究結(jié)果支持二化螟交配節(jié)律受到常染色體上的多基因控制，表明茭白種群控制交配節(jié)律的常染色體上的等位基因?qū)λ痉N群的等位基因具有顯性作用。
　　3.

5、二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律差異在種群間生殖隔離中的作用
　　在不同光周期條件下，進行種群間的成蟲交配選擇實驗，研究了交配節(jié)律差異在種群間生殖隔離中的作用。結(jié)果顯示，兩種群交配節(jié)律存在差異時，二化螟水稻和茭白種群間無選擇實驗、雌蟲選擇實驗、雄蟲選擇實驗及多選擇實驗中，種群間的隔離指數(shù)IPSI均顯著大于隨機交配條件下隔離指數(shù)值(IPSI=0);交配高峰時，不同交配選擇實驗中，種群間的隔離指數(shù)IPSI分別為與隨機交配條件下隔離指數(shù)值(

6、IPSI=0)相比均無顯著差異，即種群間的生殖隔離水平降低，種群間接近隨機交配。研究結(jié)果明確了二化螟水稻和茭白種群成蟲交配節(jié)律差異是導致種群間部分生殖隔離的重要因素。
　　4.二化螟水稻和茭白種群交配節(jié)律差異產(chǎn)生的內(nèi)源機制研究
　　通過觀察二化螟雌蟲的求偶行為，檢測了雌蟲求偶時性腺中的性信息素滴度及性信息素生物合成基因表達量，分析了種群間交配節(jié)律產(chǎn)生的內(nèi)源機制。結(jié)果顯示，二化螟水稻和茭白種群雌蟲性信息素組分Z11-16Ald

7、滴度及暗期變化節(jié)律存在明顯差異，而Z9-16Ald及Z13-18Ald的含量很低，暗期沒有明顯的滴度變化節(jié)律。基于二化螟兩種群雌蟲性腺轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果，鑒定了可能參與性信息素合成的基因，包括2個脂酶(Lipase1、Lipase2)、2個脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白(FATP1、FATP2)、2個去飽和酶(DES1、DES7)、1個乙酰輔酶A脫氫酶(ACD1)、3個長鏈脂肪酸延長酶(ELO1、ELO6、ELO7)、2個醛酮還原酶(ALR1、ALR2)。

8、兩種群雌蟲性腺中上述基因的表達量存在顯著差異。qRT-PCR驗證了Lipase2、FATP2、ACD1、ELO1在性腺中的表達，結(jié)果顯示，水稻種群這4個基因的表達量均比茭白種群高。研究結(jié)果表明二化螟水稻和茭白種群雌蟲性信息素滴度變化節(jié)律及性信息素合成相關基因表達節(jié)律均存在差異，暗示了種群間交配節(jié)律差異的內(nèi)源生理及分子機制。
　　本研究表明，二化螟已經(jīng)分化為水稻和茭白寄主種群，兩種群成蟲特有交配節(jié)律是長期適應不同寄主植物后形成的可穩(wěn)