入侵害虫黑森瘿蚊的生物型及其形成机制研究

Hessian fly, Mayetiola destructor (Say), is an important quarantine pest worldwide, and was distributed in Xinjiang, China. Although resistant breeding of wheat is the most efficacious way to control this pest, resistant cultivars frequently become ineffective because of the appearance of new virulent biotypes of the fly. Research of the evolution of biotypes and their formation mechanisms are fundamental for the resistant breeding of wheat. However,the biotypes of the Hessian fly have not been studied in China to date. On the basis of our previous research, this program attempts to (1) identify the biotypes of the Hessian fly using the 33 H genes; (2) study the salivary protein composition and its roles in virulence of Hessian fly biotypes via proteomic profiling; (3) analyze the effects of host resistance on the biotypes based on the fitness of the biotypes; and (4) analyze the influences of temperature on biotype differentiation based on the fitness of biotypes under different temperatures. This study may elucidate the roles of hosts, temperature, and salivary proteins of larvae in the biotype formation of the pest, and lay a foundation to clarify the molecular mechanism of the Hessian fly-wheat interaction, and provide a guidline for making the integrative control strategy for the Hessian fly.

黑森瘿蚊Mayetiola destructor 是小麦上的世界性检疫害虫，在我国仅分布于新疆。虽然选育抗虫品种是黑森瘿蚊治理最经济有效的措施，但抗虫品种常因黑森瘿蚊致害生物型的出现而失去作用。研究生物型的演替及发生机制是选育抗虫品种的重要基础。然而，黑森瘿蚊生物型的研究在国内却一直无人问津。本项目在前期研究的基础上，利用33种H基因材料鉴定黑森瘿蚊生物型；并利用蛋白质组学技术，进一步研究幼虫唾液蛋白种类及其生物型差异，分析唾液蛋白与生物型致害性之间的关系；根据生物型在不同寄主上的适合度，分析寄主抗性对生物型的影响；根据不同温度条件下生物型在寄主上的适合度，分析温度对生物型分化的影响。本项目的实施，可望明确寄主、温度和幼虫唾液蛋白在黑森瘿蚊生物型形成中的作用，为揭示黑森瘿蚊-小麦互作关系的分子机理奠定基础，为黑森瘿蚊综合防治策略的制订提供指导。

黑森瘿蚊Mayetiola destructor 是世界性小麦检疫害虫，国内仅局部分布于新疆。选育抗虫品种是黑森瘿蚊治理最经济有效的措施，研究生物型的演替及发生机制是选育抗虫品种的重要基础。然而，黑森瘿蚊生物型的研究在国内却一直无人问津。本项目研究了国内黑森瘿蚊的种群遗传结构；监测分析了现阶段在新疆的发生分布特点；温泉县安乡种群的生物型组成及其致害性；为分析寄主在生物型形成中的作用，评估了小麦品种的抗性；评估了不同环境温度下寄主的抗性表现；并利用EPG技术分析了一龄幼虫的取食行为。研究结果表明：（1）国内种群与北美、西班牙、摩洛哥种群的遗传距离最小，与哈萨克斯坦种群的遗传距离较远，推测国内虫源的传入并非直接来自中亚地区；（2）小麦与非寄主作物轮作是引起现阶段黑森瘿蚊发生范围缩小的主要因素，而气候变暖是引起博州严重发生区向高海拔地区扩展的主要原因；（3）安乡种群由GP、A、C、D、L、K 等6个生物型组成，生物型C、D、L各占25%，为优势生物型；5个抗性品种（分别携带H6、H17、H18、H20和H31）对安乡种群敏感，6个（H5、H7H8、H14、H22、H25、H26）表现为高抗（抗性株率＞90%）；（4）在18℃下，54个小麦品种中仅有2个为抗性品种，曾经的抗性品种新冬3号抗性丧失，表明国内种群的致害性发生了进化，主栽品种均为敏感品种是导致疫情爆发的重要原因；（5）在18-24℃下，新冬23号和新冬49号的抗性水平随着温度的升高降低，26℃以上时彻底丧失，间接说明环境温度可能通过影响寄主的抗性表达而影响种群发展及生物型变化；（6）EPG分析表明，一龄幼虫不同日龄的取食行为存在明显差异。以上研究结果可为黑森瘿蚊综合防治策略的制订提供指导，并为揭示黑森瘿蚊-小麦互作关系的分子机理奠定基础。