基于微卫星标记和线粒体基因序列的中国禾谷孢囊线虫种群遗传多样性研究

Cereal cyst nematode Heterodera avenae is a worldwide spread plant parasitic nematode species and regarded as one of the most important pest on cereal crops. It has been widely distributed in wheat growing areas of 16 provinces in China and causes serious yield losses. Up to date, the knowledge about genetic diversity for Chinese populations of H. avenae is rare. The study deals with the development of SSR markers specific for H. avenae by EST database mining and the microsatellite-enriched library constructed by the Suppression-PCR procedure. Using the microsatellite markers and mitochondrial DNA (mtDNA) gene sequences, the genetic structures and diversities among H. avenae populations from 16 Chinese provinces and different countries are analyzed and compared. The phylogenetic relationships between these populations are revealed by examining the microsatellite loci abundance, haplotypes, coefficient of gene differentiations and geographical gaps etc. The information obtained from the study will clarify the population genetic structures and phylogenetics of the H. avenae populations in China, elucidate the differentiation mechanism and the origin of the species, and finally deduce the domestic introducing routes. The study will provide theoretical support for making control strategies of cereal cyst nematodes, therefore benefits the security of food production in China.

禾谷孢囊线虫（Heterodera avenae）是世界性分布的危害禾谷类作物的重要植物寄生线虫之一，在我国小麦种植区的发生与分布已达16省（市）区，对我国粮食产量造成严重损失。目前我国禾谷孢囊线虫种群遗传多样性研究相对滞后，本项目拟先通过EST 数据库分析和抑制 PCR构建微卫星富集文库两种方法开发禾谷孢囊线虫SSR标记，再采用扩增禾谷孢囊线虫微卫星位点和线粒体DNA（mtDNA）基因片段这两种分子标记相结合的手段，开展等位基因丰度统计、单倍型检测、种群分化指数计算、地理隔离检测等遗传学分析，对来自我国16省（市区）以及不同国家的禾谷孢囊线虫群体进行系统的比较研究，从而揭示我国禾谷孢囊线虫地理种群的遗传结构与亲缘关系，分析遗传分化成因及物种起源，推测传播扩散路径，研究结果将为禾谷类作物孢囊线虫病的防控提供理论指导，对保障我国粮食生产安全具有重要意义。

禾谷孢囊线虫（Heterodera avenae）是危害全球禾谷类作物的重要寄生线虫，在我国16个省（市）自治区的小麦种植区均有分布，对小麦生产安全造成严重的威胁，中国禾谷孢囊线虫种群的遗传多样性及其起源和传播路径尚不明确。本项目通过分析EST数据库和抑制性PCR开发禾谷孢囊线虫的微卫星（SSR）标记，并利用SSR标记与线粒体COI 基因这两种分子标记分析我国不同地域的禾谷孢囊线虫群体的遗传多样性，以期揭示我国禾谷孢囊线虫不同地理种群的遗传结构以及种群扩散传播途径。主要研究结果如下：. 利用EST数据筛选出5604个微卫星位点，从中成功筛选出8对SSR多态性引物，用这8对SSR引物对禾谷孢囊线虫江苏、山东和河南三个群体进行遗传多样性分析，结果显示8对SSR引物具有中度多态性，可用于我国禾谷孢囊线虫不同地理种群的遗传结构和多样性分析。抑制 PCR构建微卫星富集文库仅获得3对SSR引物，其扩增效率与EST库筛选相比较低。利用上述SSR标记分析了我国13个省（市）的代表性禾谷孢囊线虫群体的种群遗传结构，AMOVA分析证实我国禾谷孢囊线虫种群遗传多态性较低，变异主要来源于种群内；群体间存在显著地遗传分化，且遗传距离与地理距离具有显著正相关性；聚类分析揭示我国禾谷孢囊线虫可分为中部地区、西北地区和京津地区三个类群，且存在从西北地区和中部地区向京津地区的潜在弱基因流。利用线粒体COI基因标记分析了我国禾谷孢囊线虫13个地理群体的遗传结构和种群多样性，证实我国禾谷孢囊线虫的物种水平总体呈现中等遗传多样性，共发现了9个mtCOI单倍型，其中单倍型H1可能为祖先单倍型；系统进化树分析同样揭示我国禾谷孢囊线虫群体可分为三个类群。中性检验和错配分布检验揭示中部地区类群近期经历过快速扩张，推测其原因可能与联合收割机跨区作业密切相关。. 研究结果不仅明确了我国禾谷孢囊线虫的种群遗传结构，而且为我国另一种对麦类作物危害性更大的菲利普孢囊线虫（H. filipjevi）的防控具有重要指导意义。