内共生菌Wolbachia与蚜虫的系统进化及其水平传播研究

Aphids are a group of phloem-feeding hemipteran insects. Due to their some unique biological features, aphids are ideal model organisms for understanding many significant theoretical issues in adaptive evolution. Along with the deepening of research, correlations between aphids and their endosymbionts have become a hot area of research in recent years. The former researches are mostly focus on the phyletic evolution of aphids and their primary endosymbionts (P-endosymbionts), whereas, research on the phyletic evolution of aphids and their secondary endosymbionts (S-endosymbionts) has not yet been reported. Moreover, the horizontal transmission mode of S-endosymbiont Wolbachia has been brought to forefront by more and more scientists. This project aims to：study the phyletic evolution of aphids and their S-endosymbiont Wolbachia based on the meta-analysis of multi locus sequences that amplify from genomes of aphids and their S-endosymbiont Wolbachia; study the host plant -mediated horizontal transmission of S-endosymbiont Wolbachia among above- and below-ground pests, to further explain the horizontal transmission mode of S-endosymbiont Wolbachia. The results of this project have important theory value and scientific significance on enriching the phyletic evolution theory of aphid-endosymbiont system, and will provide theoretical and experimental basis for further promoting the integrated control of above- and below-ground pests.

蚜虫是半翅目中一类取食植物韧皮部汁液的昆虫，因其具有一些独特的生物学特征，是研究重要适应进化问题的理想模型。随着研究的不断深入，蚜虫—内共生菌相互关系已成为近年来的研究热点领域，然而前人研究多集中于蚜虫与其原生共生菌的系统进化，而对于蚜虫与其次生共生菌尤其是与寄主昆虫生殖调控相关的沃尔巴克氏体（Wolbachia）的系统进化研究尚未见报道。另外，Wolbachia的水平传播模式研究也越来越引起国内外学者们的重视。本课题拟基于蚜虫及其Wolbachia的多基因序列综合分析，研究蚜虫—Wolbachia的系统进化，并通过对寄主植物介导的Wolbachia在地上—地下不同寄主间的水平传播研究，以期深入解析蚜虫的遗传分化及其Wolbachia的水平传播模式。研究结果对丰富现有的蚜虫—内共生菌系统进化理论具有重要的理论价值和科学意义，并为进一步推动地上—地下有害生物的综合防治工作提供理论与实验依据。

蚜虫隶属于昆虫纲半翅目，是世界范围内农田粮食作物、经济作物、蔬菜、观赏花卉、树木等的重要害虫。截至目前，国内对蚜虫种群遗传分化方面的报道多为综述国外的研究进展，探索性研究相对较少；国外对蚜虫遗传分化的研究虽开展较早，研究也较为深入，但尚未见蚜虫-次生共生菌Wolbachia系统进化领域的相关报道。因此，本项目利用采集自河南省不同地域的蚜虫种群，对其遗传多样性及与其次生共生菌Wolbachia的系统进化开展研究，结果表明，虽地处河南省不同地域，不同地域种群棉蚜间亲缘关系很近，未出现明显的遗传分化；而不同地域种群棉蚜体内次生共生菌Wolbachia却分属A和B两个大群，我们推测这可能是由于进化过程中Wolbachia的wsp基因变异度较高造成。.隶属于α变形菌纲的次生共生菌Wolbachia，因其可调控寄主生殖和影响寄主线粒体基因多态性等吸引了众多研究者的目光。长久以来，垂直传播被认为是Wolbachia世代间传递的基本模式，随着研究的不断深入，其种间模式研究揭示了水平传播途径的存在。本项目的研究结果表明，次生共生菌Wolbachia可以经由阳性棉蚜取食传入棉花植株并在棉花植株存留，且阴性棉蚜和阴性二斑叶螨分别取食阳性植株均可以获取Wolbachia，即实现以棉花植株为介导的Wolbachia在同种蚜虫种群间（同种）、蚜虫种群-二斑叶螨种群间（不同种）的水平传播；阴性的棉蚜及二斑叶螨经取食Wolbachia阳性棉花植株获菌后，其发育历期、存活率、产卵等生物学特性均得到了一定程度的正向修正，这从反面验证了次生共生菌Wolbachia影响寄主适应性、对寄主的生殖调控等功能；本项目还明确了Wolbachia经阳性棉蚜取食传入植株叶片韧皮部筛管、阴性棉蚜及二斑叶螨经取食阳性植株获菌后Wolbachia的分布形式。这些研究发现均可为我国蚜虫防治工作提供科学的理论指导，同时也为有害生物的综合防治提供新的思路，研究成果均具有重要的参考价值和实际意义。