印度六点瓢虫(Cheilomenes sexmaculata)遗传多样性探秘:为生物防治筑牢根基

【字体: 时间:2025年05月06日 来源:Scientific Reports 3.8

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  为探究六点瓢虫(Cheilomenes sexmaculata)种群结构,研究人员从印度 5 个不同区域收集样本开展遗传多样性研究。结果发现不同区域种群遗传多样性和基因流存在差异,部分区域遗传分化显著。该研究为生物防治选种提供依据。

  在农业生态系统的广袤舞台上,害虫与农作物的 “战争” 从未停歇。生物防治作为绿色环保的 “战斗策略”,被视为综合害虫管理计划的中流砥柱。寻找新的生物防治 “勇士”,也就是从本土物种中筛选有效天敌,却困难重重,既耗时又耗力。
六点瓢虫(Cheilomenes sexmaculata)作为瓢虫家族中的 “明星成员”,是东方地区常见且重要的捕食性昆虫。它就像农田里的 “小卫士”,以蚜虫、粉虱等多种害虫为食,在害虫防治方面贡献巨大。然而,在印度,人们对它的遗传秘密却知之甚少,比如不同地区的六点瓢虫在基因上有何差异,这些差异又会如何影响其防治害虫的能力,都是亟待解开的谜团。

为了揭开这些谜团,来自印度农业研究委员会 - 印度农业研究所(ICAR - Indian Agricultural Research Institute)等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们围绕六点瓢虫的遗传多样性、种群结构和基因流展开深入研究。

研究结果意义非凡。从遗传多样性来看,不同区域的六点瓢虫种群呈现出明显差异。北方区域的种群拥有较多的等位基因,遗传多样性较为丰富;而南方和东方区域的种群在这方面则稍显逊色。这意味着不同区域的六点瓢虫在应对环境变化和害虫种类差异时,可能具有不同的 “应对策略”。

在基因流方面,北方、西方和中部区域的种群基因交流频繁,基因流较高;但南方和东方区域却因地理屏障等因素,基因流受限,这使得这些区域的种群遗传分化明显。就好像不同区域的六点瓢虫各自形成了独特的 “小团体”,有着不同的遗传特征。

研究人员还发现,南方区域的种群对整体遗传变异贡献显著。通过结构分析,他们识别出三个遗传簇,这进一步证实了不同区域种群的遗传差异。这些发现为生物防治提供了关键线索,帮助人们更好地选择六点瓢虫种群用于实际的害虫防治工作,提高生物防治的效果和可持续性。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员在这场探索之旅中,运用了多种关键技术方法。首先是限制位点相关 DNA 测序(RADseq),它能在没有参考基因组的情况下对基因组进行测序,通过选择不同的限制酶调整基因组覆盖度,进而获得大量的单核苷酸多态性(SNPs)位点。之后,利用多种软件对测序数据进行处理和分析,如用 FreeBayes 进行变异位点检测,TASSEL 筛选标记,Dindel 识别插入缺失(INDELs),MISA 寻找简单序列重复(SSRs) ,并使用 Primer3 设计引物。最后,借助 GenAlex、GENEPOP、Arlequin 和 STRUCTURE 等软件,对遗传多样性、基因流、种群结构等进行深入分析。

下面来详细看看研究结果:

  • 测序及标记开发:研究人员对来自 5 个区域 25 个亚种群的 25 只六点瓢虫进行测序,从 1.28GB 的全基因组数据中提取出 109,585 个重叠群,鉴定出 304,784 个 SNPs 和 46,583 个 INDELs ,并开发出多态性的 INDELs 和 SSRs 标记,这些标记成为后续研究的重要 “工具”。
  • 遗传多样性参数:使用不同标记分析发现,不同区域种群的遗传多样性参数存在差异。北方区域种群的等位基因数(Na)最多,南方和东方区域最少;西方区域种群的香农信息指数(I)最大,遗传多样性较高。同时,不同区域的观察杂合度(Ho)和预期杂合度(He)也有所不同。
  • 哈迪 - 温伯格平衡(HWE)偏离:不同区域种群在 INDELs 和 SSRs 标记上与 HWE 存在不同程度的偏离。南方和东方区域种群因近亲繁殖等原因,偏离较为明显,这进一步反映了它们的遗传特征差异。
  • 遗传分化及种群结构:通过 F - 统计量、分子方差分析(AMOVA)和种群结构分析发现,不同区域种群间存在显著遗传分化。南方和东方区域种群基因流受限,遗传分化程度高;北方、西方和中部区域种群基因流高,遗传分化程度低 。结构分析还识别出三个遗传簇,不同区域种群在不同标记下呈现出不同的聚类模式。
  • 遗传距离及相关性:邻接树(NJ tree)分析显示,六点瓢虫种群未呈现地理聚类,而是形成两个遗传上不同的组。Nei's 遗传距离和主坐标分析(PCoA)表明,南方和东方区域种群虽地理距离远,但遗传相似性高;北方、西方和中部区域种群因环境相似,聚类较为均匀。隔离距离分析(IBD)发现,地理距离与遗传距离在不同区域呈现不同的相关性。

研究结论和讨论部分再次强调了这些发现的重要性。该研究首次揭示了印度六点瓢虫的系统发育地理模式、分布和迁徙行为,为后续研究其进化路径和生态适应提供了重要基础。开发的标记有助于分析六点瓢虫及相关瓢虫科物种的种群结构和遗传多样性。在实际应用中,研究结果能指导生物防治策略的制定,帮助选择更有效的六点瓢虫种群,为生物防治的精准化和高效化提供有力支持,推动生物防治在农业生产中的广泛应用,助力实现生物强化害虫管理的目标。

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