中国东部季风区迁飞甜菜夜蛾虫源追溯——基于分子标记、稳定同位素及花粉判别证据

The beet armyworm, Spodoptera exigua, is a serious migratory agriculture pest in the world. This pest has been clarified that it has a long distance migration characteristic by using radar monitoring, searchlight trapping and ovarian dissection in the monsoon region of Eastern China. Furthermore, the simultaneous sudden increase of S. exigua provide further evidences for their migration in the different agricultural regions of the Eastern monsoon region. Asymmetric gene flow has been detected among these populations, presumably there is a certain migration diffusion path in this region. However, it’s still unknown what pattern of seasonal migration this species exhibits over the Eastern monsoon region. Here, our specific objectives for this study were the following: (1) to infer the natal origin of S. exigua adults in the Eastern monsoon region using two molecular marker (SSR and SNPs); (2) to discuss the population characteristics of S. exigua adults in different ecological areas by constructing the wings hydrogen stable isotope characteristics zoning map; (3) to clarify the population relationship between emigration or transit and capture field through identify the kinds of pollens, analyze their carrier characteristics pollen and combine vegetation characteristics in different regions. Our work will provide effective information for the forecast and management of S. exigua

甜菜夜蛾是世界上重要的迁飞性害虫，已给我国农业生产造成较为严重的经济损失。国内外学者利用雷达、高空测报灯及卵巢解剖等方法证实甜菜夜蛾具有长距离迁飞特性，并且，甜菜夜蛾在我国东部季风区不同生态区“同期突增”现象表明其在该区域内进行有规律迁移。我们前期研究发现甜菜夜蛾在该季风区不同种群间存在明显不对称基因流，推测其在我国东部季风区可能存在一定迁飞路径与迁飞规律，但是各农业区之间的虫源关系与虫源性质尚不明确。本项目拟在此基础上开展如下研究：（1）利用SSR和SNPs分子标记推测我国东部季风区迁飞甜菜夜蛾的虫源关系；（2）通过构建翅中氢稳定同位素区划图, 探讨不同生态区迁飞甜菜夜蛾的虫源性质；（3）鉴定该季风区不同区域成虫高峰期甜菜夜蛾花粉携带种类，结合不同区域植被特征，阐明甜菜夜蛾迁出地或过境地与捕获地之间虫源关系。本研究将为明确甜菜夜蛾在我国东部季风区灾变机制及异地治理提供理论基础和技术支撑。

甜菜夜蛾是世界上重要的迁飞性害虫，已给我国农业生产造成较为严重的经济损失。本研究基于分子标记、稳定同位素及花粉判别证据解析中国东部季风区迁飞甜菜夜蛾虫源关系，取得如下研究结果：（1）利用mtDNA COI和8个SSR位点对包括我国东部季风区在内的101个亚洲甜菜夜蛾种群遗传结构进行了系统研究。总体上，甜菜夜蛾遗传多样性处于低到中等水平，不同年份和月份间甜菜夜蛾遗传多样性差异不显著。全年繁殖区、越冬区和非越冬区种群间遗传差异不显著。东亚季风不同地理种群甜菜夜蛾种群无明显遗传结构，表明种群间存在高水平基因流。瓶颈效应分析表明，近期东部季风区甜菜夜蛾存在种群迅速扩张，但未经历严重瓶颈效应。（2）采用ddRADseq技术，共检测到9种群65个体259,929,800个reads，65,165个单核苷酸(SNPs)，平均测序深度46.22×。种群间遗传多样性和遗传分化较低，种群间存在高度混合；NJ树、贝叶斯聚类和主成分分析(PCA)揭示了甜菜夜蛾存在两个遗传分支。我国甜菜夜蛾种群经历种群近期扩张，但未经历严重的瓶颈效应。（3）甜菜夜蛾各地理种群δDw同位素比值与降雨中δDp同位素比值之间存在线性回归关系δDp = 1.0312（δDw）-28.968（R2=0.745），根据方程和降雨中稳定同位素区划图研究结果表明：2019年6-8月间，长岛北隍岛上空迁飞甜菜夜蛾成虫主要来自黑龙江、吉林及辽宁等地；2019年6月，沈阳迁飞甜菜夜蛾成虫主要来自华北、东北； 2019年8月，衡水种群来自华北、西北等地区；2019年9月合肥种群来自东北吉林和华东内蒙；2019年7月云南蒙自种群来自华北、西北及西南等地区；2019年9月广东韶关地区甜菜夜蛾种群主要来自华东和华中地区。（4）本研究基于对甜菜夜蛾花粉携带率进行统计及花粉扫描电镜成像。例如，9月份沈阳种群花粉微粒检测率40%，观察喙部微粒300倍放大下为刺球状，多为菊科花粉。（5）不同龄期甜菜夜蛾幼虫肠道具较高细菌多样性，肠道细菌组成与群落结构相似；沈阳田间甜菜夜蛾成虫肠道细菌群落结构具明显季节性特征；东北和华北地区不同地理种群甜菜夜蛾幼虫肠道不存在明显地理分布特征。鉴于此，上述研究结果为制定有效防治策略提供依据，为明确甜菜夜蛾在我国东部季风区灾变机制及异地治理提供理论基础和技术支撑。