不同麦区禾谷缢管蚜种群生殖模式及其在杀虫剂选择压力下的基因流动

The apple grain aphid, Rhopalosiphun padi (Linnaeus) is a devastating pest of wheat in China. Intensive application of chemical pesticides had caused resistance of this pest to different insecticides. Although increasingly severe damage caused by this species has been reported recently, so far, the reproduction mode of populations in different regions has not been studied in China, and the gene flow patterns in relation to insecticide selection pressure among populations with different reproduction modes is not known in the country. Basing on our primary work, we will collect R. padi populations throughout China and set up 25 lineages of each population. Reproduction mode of each lineage will be studied in the laboratory. Meanwhile, we will use microsatellites and acetylcholinesterase genes to investigate gene flow patterns among the sampled populations, the resistance level and mutations of acetylcholinesterase genes of each lineage, and relationship between the multilocus genotypes and acetylcholinesterase gene mutations. The results can provide profound knowledge of reproduction mode and population biology of R. padi, and elucidate the spread of resistant genotypes, how the insecticide selection pressure affect the gene flow pattern of population with different reproduction mode in different area, and how resistance genotypes shape the population structure of the pest. This study is important for resistance management and sustainable control of R. padi in China.

禾谷缢管蚜是重要的小麦害虫，近年在我国危害逐年加重，已经成为我国许多小麦种植地区的优势害虫，这与其自身的生物学特性以及环境因子的变更有重要关系，其中杀虫剂的广泛使用导致的抗药性上升以及其本身的生殖模式及基因交流，是导致其危害加重的重要原因。在已进行的预备研究基础上，本项目将从全国各麦区采集田间种群，在室内建立各种群的单雌系，研究不同麦区该虫种群的生殖模式，并分析各单雌系的抗性水平；与此同时，本项目将利用7个禾谷缢管蚜微卫星位点作为标记，结合各单雌系的乙酰胆碱酯酶基因突变，研究杀虫剂选择压力下不同生殖模式单雌系间分子遗传差异、不同种群间基因交流特点、以及抗药性水平和抗性基因型与微卫星多位点基因型的关联。本研究结果能够阐明抗药性和抗性基因型在不同生殖模式禾谷缢管蚜种群中的变化，以及杀虫剂选择压力下的种群基因交流与微进化，这对于禾谷缢管蚜的抗药性治理与可持续控制具有重要意义。

禾谷缢管蚜是重要的小麦害虫。本研究发现，新疆哈密和吉林白城的禾谷缢管蚜种群为全周期型，即年生活史中孤雌生殖与有性生殖两种生殖方式交替进行；重庆北碚、陕西汉中、云南昆明、贵州贵阳、河北保定、山西太谷、山西洪洞、陕西咸阳、山东淄博、山东泰安、山东菏泽、安徽滁州、河南南阳、湖北枣阳和湖北武汉种群为不全周期型；甘肃兰州禾谷缢管蚜种群微为不全周期型与全周期型混合种群。. 利用筛选的微卫星位点，分析我国15个省（自治区、直辖市）22个禾谷缢管蚜种群，结果显示我国不同地区的禾谷缢管蚜种群具有不同的遗传多样性和不同遗传结构；地理隔离和生殖方式与种群遗传多样性和遗传结构具有明显的相关性；方差分析显示大部分的遗传变异来自禾谷缢管蚜种群内；除生殖方式和地理隔离之外，农药的使用、禾谷缢管蚜的迁移和扩散、该虫不同种群所处的复杂的微气候条件等也可能是影响其遗传多样性与遗传结构的重要因子.. 在所有种群共有247个多位点基因型（MLG），各种群中的MLG为3－32个，MLG多样性15%－100%，整体MLG丰富度50.41%；各MLG的在个体中的分布频率差异较大，生殖方式、农药的使用和地理隔离可能是影响多位点基因型的分布的重要因素。禾谷缢管蚜种群之间的基因流Nm值多在1-4之间，种群之间存在不同程度的基因流。. 微卫星分析结果显示，毒死蜱和异丙威两种杀虫剂的选择压力下，各微卫星位点的多态信息含量和各等位基因频率发生不同程度的变化。与相对敏感种群相比，各抗性种群的遗传多样性指数均呈下降趋势。两种农药的持续选择导致具有相同遗传背景的抗性种群与相对敏感种群之间的遗传距离增加，遗传相似系数降低，但对种群遗传结构没有显著的影响。. 禾谷缢管蚜病毒（RhPV）在不同地区该虫中的感染率不同，感染率与生殖方式无直接关联。禾谷缢管蚜COI和Cytb在各种群中表现较低的单倍型数量和核苷酸多态性。田间种群AChE1基因具有较高的多态性，且位于编码区225-236bp处存在导致“RSEF”4个氨基酸缺失的选择性剪切。田间种群中田间试虫中共发现17个Rpβ1亚基核苷酸多态性位点，包括7个氨基酸突变位点，其中突变位点W79C和V83I位于禾谷缢管蚜Rpβ1亚基N端结构域的胞外区Loop D环上。. 本研究对于禾谷缢管蚜的可持续控制具有重要的意义。