基于分子证据的云南白背飞虱成灾种群来源地探讨

【作者】 胡劭骥； 宁眺； 曹杰； 叶辉；

【机构】 云南大学生物入侵及生态安全实验室； 云南省高校动物遗传多样性重点实验室； 云南大学地球科学与资源环境学院；

【摘要】 白背飞虱Sogatella furcifera(Horvath)(半翅目:飞虱科)是云南省水稻的首要害虫。近年来白背飞虱在云南持续暴发,对区域粮食安全造成严重威胁。为了实现对其精确预警和科学防控,必须先掌握成灾种群来源地及种群迁移路径。30多年来,运用标记重捕、雷达跟踪、气流分析等技术对该问题进行过大量研究,然而至今仍无确切答案。成灾种群来源地及种群迁移路径仍然是白背飞虱诸多研究领域中最难攻克的问题之一。分子生物学近年来被广泛用于昆虫种群迁移和扩张研究,尤其对解决大尺度、跨境和历史种群的迁移和扩张问题更为有效。白背飞虱为迁飞性水稻害虫,受区域气象因素和地形影响,其种群迁移活动周而复始,极易形成固定的历史迁移踪迹。因此,分子生物学是揭示其成灾种群来源地及种群迁移路径的有效研究手段。由于不同区域种群遗传结构可能存在差异,本研究首次采用分子生物学技术对大范围收集的大规模白背飞虱样品的种群遗传结构进行分析,从分子层面为揭示成灾种群来源地和种群迁移路径提供了新举证。本研究于2011-2012年在云南、贵州、四川及境外100km以上缅甸、越南、泰国等广大区域采集了白背飞虱50个种群的1000份样本。首次采用线粒体cox1和16s联合基因片段分析这50个种群的遗传结构和遗传多样性,共发现181个单倍型,其中35个为共享单倍型。单倍型跨境关联分析发现,缅甸曼德勒、昔波—云南西南部沿边区域共享7个单倍型,泰国东北部—云南西双版纳区域共享8个单倍型,泰国东北部—越南红河三角洲区域共享6个单倍型,越南红河三角洲—云南东南部沿边区域共享8个单倍型。境内单倍型关联分析发现,滇南、滇东南—滇中—滇东北一线至少共享8个单倍型,德宏—腾冲一线共享4个单倍型。研究同时发现,地理距离与K2P遗传距离间相关性微弱,多数种群间Fst值较小,仅介于-0.0498-0.3286之间,且未达到0.05水平的显著度,但Nm值普遍较大,其中48.2%趋于无穷,中性检验Fu’s Fs值在82%的种群中呈显著负值。结果表明,境外缅甸中北部种群为云南西部及西南部沿边地带的虫源地,越南红河三角洲则为云南东南部及南部局域的虫源地,泰国同时向云南南部和越南红河三角洲输出白背飞虱。境外白背飞虱进入云南后主要沿东、西2条路线向北迁移,其中西线主要影响云南西部怒江流域及临沧市,并经后者向东部推进;东线则涵盖了滇南—滇中—滇东北的宽阔区域。结果同时反映出白背飞虱种群在研究区内缺乏地理隔离,多数种群间交流频繁,且明显偏离进化中性。研究证实,云南白背飞虱在境外具有不同虫源区域,其在省内的迁移路径也可大致分开。据此认为,分子生物学手段和基于单倍型关联的分析可为系统阐释白背飞虱虫源地和迁移路径提供关键证据。研究揭示,白背飞虱在云南境内的迁移路线主要由低层风场决定,其中夏半年盛行的西南风是白背飞虱在宏观格局上进行西南—东北方向迁移的主要驱动力,而盛夏时节的偏东风可造成白背飞虱由东向西迁移。长期、频繁、大量的种群迁移是导致白背飞虱种群间缺乏隔离、Nm值普遍偏大的原因,而种群暴发增长和频繁遭遇农耕管理则是其种群Fu’s Fs值显著负向偏离进化中性的重要生态学因素。更多还原