入侵性害虫美国白蛾在我国的种群遗传学研究

The fall webworm Hyphantria cunea is a worldwide quarantine pest. Extensive host range and strong reproductive potential lead to frequent outbreaks in the new invasion territory of H. cunea. As a classical invasive species, H. cunea underwent a combination of migration, bottleneck, and expansion events during the recent period, providing us an ideal model to investigate the evolutionary pattern forcing by a special natural selection. In the past progress, we have de novo generated a high-quality reference genome for H. cunea and found the heterozygosity of H. cunea is much lower than any other lepidopteran pest, which matches with the scenario of a recent bottleneck. In this study, we plan to collect representative populations across China and perform genome-wide resequencing for a population genomic study. Based on the genotypes at all variation sites, we will detect the genetic structures for all sampling populations, and infer their phylogenetic relationships. The result will help answer the questions where H. cunea initially derived in China and how they expanded. We will also collect H. cunea populations in US, in order to make a comparison between the native population and the invasive population. Genes or pathways of differential selection signatures might involve in the H. cunea's local adaptation in China. The genetic features of H. cunea will yield new insights to adaptation research of invasive species. The inferred origin and source will also provide theoretical basis for effective control of H. cunea.

美国白蛾是世界性检疫害虫，由于繁殖力强、寄主范围广，常常在入侵地爆发成灾。作为外来入侵种，美国白蛾在短时期内经历了种群迁移、瓶颈效应和种群急剧扩张等进化事件，是研究特殊选择压推动的种群进化格局的理想模型。我们在前期构建了美国白蛾参考基因组，并发现其杂合度显著低于其它鳞翅目害虫，符合外来种的遗传特征。在本研究中，拟收集我国不同地区的代表性美国白蛾种群，通过全基因组重测序鉴定各种群的变异位点及基因型，以此分析各地美国白蛾种群的遗传结构，推测种群间系统发生关系，判断美国白蛾在我国的虫源发生和扩张线路。进一步收集美国本土的美国白蛾种群，与我国的美国白蛾种群比较，鉴定选择信号有显著差异的候选基因，其可能在美国白蛾适应我国新生境的过程中发挥重要作用。本研究通过总结美国白蛾种群的遗传特征，为外来种的适应性进化提供理论基础；本研究通过揭示美国白蛾在我国各发生地的虫源组成、活动规律，为科学防治提供理论支撑。

美国白蛾是世界性检疫害虫，列入我国首批外来入侵种名单。美国白蛾食性广、生殖力强，易于在入侵地爆发成灾，自上世纪70年代输入我国丹东地区后，目前已扩散至长江流域。作为外来入侵种，美国白蛾是研究入侵种快速适应新生境的理想模型。在本研究中，我们通过采集入侵我国的美国白蛾种群，开展全基因组、转录组测序，并开展基因编辑等工作，分析入侵我国的美国白蛾种群结构和受选择基因。我们发现：美国白蛾在我国的入侵种群杂合度较低，提供了分子水平的瓶颈效应证据，支持美国白蛾是以单一种群入侵我国的假说。通过比较美国白蛾入侵种群和其它本地鳞翅目昆虫种群特征，我们进一步发现美国白蛾入侵种群特异性地在基因编码区的遗传多态性高于非功能区，提示较强的功能多态性可能与入侵种群的适应性有关。进一步研究发现：美国白蛾入侵种群的功能多态性富集在糖代谢相关基因，提示代谢可塑性在昆虫生物入侵过程中发挥重要作用。我们还开展了美国本土美国白蛾种群与入侵我国的美国白蛾种群的初步比较，发现中美种群之间的遗传差异较大，在全基因组水平发生了明显分化。本研究通过分析美国白蛾入侵种群的遗传特征，为外来入侵种的适应性进化和爆发成灾机理提供理论基础，有效提示了美国白蛾在我国各发生地的虫源组成和活动规律，为科学防治提供理论支撑。