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▤ 智慧城市科研进展

中国林业科学研究院揭示刺槐叶瘿蚊成功入侵的遗传学机制

💡这项突破是什么?

刺槐叶瘿蚊(Obolodiplosis robiniae)起源于北美,主要危害刺槐叶片,因近十多年来在欧洲与亚洲迅速传播扩散而受到了广泛关注。我国于2004年首次在秦皇岛市发现刺槐叶瘿蚊。随后在短短十余年里,刺槐叶瘿蚊扩散至我国大部分刺槐分布区域。然而,对于刺槐叶瘿蚊快速扩散的内在原因国内外鲜有报道、入侵机制尚不清楚,因而难以人为抑制其种群扩张,不利于形成有效的检疫管理和控制体系。森环森保所经过多年的积累,从分子群体遗传学角度,揭示了刺槐叶瘿蚊成功入侵的有效机制:为适应新的环境刺槐叶瘿蚊快速发生遗传变异和进化,从而推动种群定殖与扩散、获得入侵成功。

运用微卫星分子标记,研究人员分析了我国22个刺槐叶瘿蚊种群共436个个体样本的遗传多样性和遗传结构特征。结果显示,我国刺槐叶瘿蚊种群主要分为两大支系,并且具有较高的遗传多样性,同时出现了明显的遗传分化现象。这表明我国刺槐叶瘿蚊源于两个外来群体,随后在种群扩张过程中,二者进行了基因交流、发生了遗传变异。这种在选择压力下、为提高环境适应性而快速进化的策略对于外来入侵种类而言至关重要,极大地提高了入侵成功机率。


图1 我国22个刺槐叶瘿蚊种群分布图

图2 基于Nei’s遗传距离的无根neighbor-joining聚类图(绿色和红色分别代表我国两支系种群,蓝色为美国种群)


图3 刺槐叶瘿蚊种群遗传亚群分层结构(K为遗传亚群的数量,K=2表示22个种群分为两个遗传亚群;>表示22个种群分为三个遗传亚群)


刺槐叶瘿蚊种群两支系在地理分布与遗传距离上均表现出明显的差异,说明该外来种在最初进入我国时经历了两个独立的入侵事件。这种多源入侵(multiple introductions)丰富了外来种种群的遗传多样性,同时形成了我国种群原始的遗传结构。

该研究结论不仅揭示了刺槐叶瘿蚊种群定殖扩散、成功入侵的遗传学策略,而且阐明了我国刺槐叶瘿蚊种群入侵模式和遗传结构,为进一步溯源、并制定合理有效的检疫管理和防治策略提供重要依据。

研究结果已于2020年4月17日发表于国际学术期刊《Frontiers in Genetics》上。中国林科院森环森保所姚艳霞副研究员为第一作者,中国林科院森环森保所赵文霞研究员为通讯作者,中国林科院森环森保所2016届硕士研究生尚兴朴、2018届硕士研究生杨君、中国林科院森环森保所淮稳霞副研究员、林若竹助理研究员参与了该项工作。(姚艳霞/森环森保所)

原文链接:https://doi.org/10.3389/fgene.2020.00387