线粒体基因组揭示柑橘木虱（Diaphorina citri）的全球种群结构、谱系分化及候选诊断标记

《Insects》：Mitochondrial Genomes Reveal Global Population Structure, Lineage Divergence, and Candidate Diagnostic Markers of Diaphorina citri

　　

亚洲柑橘木虱（Diaphorina citri）传播引起柑橘黄龙病（Huanglongbing, HLB）的细菌，该病害是全球最具破坏性的柑橘病害，追踪木虱种群来源对检疫和监测至关重要。研究人员组装并比较了来自亚洲、美洲和巴基斯坦的133条完整线粒体基因组。这些基因组分为两个深度分化的谱系（亚洲谱系和美洲谱系），由32个固定核苷酸差异区分（132条基因组，排除参考序列MF426268.1），其中云贵高原种群构成遗传上独特的亚组，在trnG和rrn16基因中携带独特变异。这些谱系特异性突变是候选分子标记，可帮助确定在入境港口截获的木虱的地理来源。摘要中指出，133条完整线粒体基因组分析显示两个高度分化的线粒体谱系——亚洲谱系（n=91，含乌拉圭样本）和美洲谱系（n=42，含巴基斯坦样本）（FST=0.560，p<0.001）——由32个固定变异分隔。在亚洲谱系内，云贵高原种群与低地种群显著分化（FST=0.130，p<0.05），核苷酸多样性降低，单系聚类获中等支持，与长期隔离一致；群体分析暗示华南可能作为定殖后扩张中心。候选谱系特异性标记（包括trnG和rrn16中的变异）为种群来源指派、检疫监测和害虫监测提供分子资源，这些候选标记需在更广地理采样中验证。

研究背景与立项依据

亚洲柑橘木虱（Diaphorina citri Kuwayama，半翅目 Hemiptera：Liviidae 科）是柑橘黄龙病（Huanglongbing, HLB）病原细菌 Candidatus Liberibacter asiaticus 的主要传媒害虫，HLB 目前无有效治愈手段，在亚洲、美洲、非洲造成巨额经济损失。该虫经自然扩散与国际柑橘种苗贸易扩散，原产亚洲，已在美洲（佛罗里达 1998 年、巴西 1940 年代）、非洲、诸多岛屿定殖。既往基于细胞色素氧化酶 I（COI）单基因的研究虽提示亚洲—美洲分化与三条跨洋扩张路线，但受单标记与小样本限制，种群结构与历史推断不完整；国内基于 COI 与 Cytb 提出广东、云南双源及三条国内扩散路径，仍缺全线粒体基因组（mitogenome）高分辨率验证。线粒体基因组具母系遗传、无重组、进化速率较快、拷贝数高之特点，13 个蛋白编码基因、2 个 rRNA、22 个 tRNA 加控制区可提供比单基因更高分辨率的谱系与起源追溯能力。中国作为原生范围保有高多样性，云贵高原（平均海拔>1000 m）可能成为地形屏障促成分化。为此，研究人员整合最大规模（133 条）D. citri 完整线粒体基因组，系统解析全球种群结构、谱系固定差异、云贵高原孤立群及候选诊断标记。论文发表于《Insects》。

主要技术方法概括

研究人员构建 133 条完整线粒体基因组队列：77 条来自 NCBI GenBank 已发表序列；13 条为 2025 年采自湖南 13 县成虫经 DNBSEQ-T7 短读长测序后用 GetOrganelle 新装帧并 GeSeq 注释；43 条来自中美 D. citri 肠道宏基因组数据集经 MEGAHIT 组装、minimap2 比对参考 MG489916.1 提取、SOAPdenovo2-GapCloser 填隙、Circlator 环化所得（单条 contig 回收率 100%，一致性≥99%）。队列覆盖中国（含台湾省）、美国、肯尼亚、留尼汪、乌拉圭、巴基斯坦、柬埔寨、马来西亚、越南、印尼。后续以 MAFFT 比对、IQ-TREE 分区最大似然建树（TIM2+F+R4 等模型，1000 次 SH-aLRT/UFBoot）、DnaSP 检多态、PopART 建中位连接单倍型网络、Arlequin 做 AMOVA 与 F_ST、DIYABC v2.0 近似贝叶斯比较三种亚洲内分歧场景、TreeMix 推群体分裂与迁移边、Tajima's D 检测中性。定量群体分析仅纳入 n≥4 的东南亚（SA）、华南（SC）、云贵（GY）、北美（NA）、非洲（AF）五组，单样本巴基斯坦与乌拉圭仅作系统发育摆放。

研究结果

3.1 基于线粒体基因组的 D. citri 遗传聚类特征

分区最大似然树将 133 条基因组分为亚洲与美洲两大线粒体谱系，与既往 COI 聚类一致。亚洲谱系内，云贵高原 8 条样本（滇、川、黔，平均海拔 1166 m）形成中等支持单系（SH-aLRT 73.1%/UFBoot 47%）；其余华南各省、东南亚四国、非洲两地及乌拉圭构成星状集群，暗示近期共同祖先与人为介导扩散。排除参考 MF426268.1 后多样性估计不变。

3.2 D. citri 两大线粒体谱系间的高分化

全基因组 SNP 共 185 站（去参考 184 站），定义 69 单倍型（去参考 68），单倍型多样性 Hd=0.938、核苷酸多样性 π=0.00173。AMOVA 示 56.03% 变异在谱系间（F_ST=0.560，p<0.001）。亚洲与美洲谱系间有 32 个固定差异（去参考 132 条）：7 个非同义（ND5、ND6、ATP8、COX2、COX1、ND1），15 同义，10 非编码/基因间；亚洲谱系私有多态 111 站，美洲 37 站，共享 4 站。固定站为候选谱系标记。

3.3 云贵高原与低地种群的显著遗传分化

亚洲谱系内 GY（n=8）对低地 PY2（n=83）AMOVA F_ST=0.130（p<0.05），GY 的 π=0.00025 低于低地 0.00039，仅 15 个高原私有站。trnG 与 rrn16 各 1 固定差异（非编码 RNA 基因）。Tajima's D=-2.48872（p<0.01）支持近期扩张/纯化选择。DIYABC 在放宽 GY 有效种群 N1 先验下，直接法与逻辑回归法均选 Scenario 3（GY 最早分歧，SC 与 SA 姊妹群），后验概率 0.962 与 0.9995；估 GY–SC 分歧 t1=3.52×10⁴ 代，SC–SA t2=2.44×10⁴ 代，GY N1 不可辨识。证明云贵高原为历史孤立、低多样性、具非编码固定标记的特异谱系。

3.4 全球种群结构与扩散格局

限定五组定量比较：亚洲—美洲谱系固定差最大；GY 与低地 F_ST=0.1297；非洲虽归亚洲线粒体谱系但与 SC/SA F_ST=0.353–0.399。TreeMix（1219 双等位位点）m=1 较 m=0 对数似然仅增 0.05，单迁移边权重 0.045 连接 GY+NA 祖支与 SA，启动重复不稳定，故仅作协方差信号不推方向基因流；NA 长分支反映多为实验室种群。巴基斯坦单样归美洲谱系、乌拉圭单样归亚洲谱系，说明线粒体祖先未必等于采样国别。

讨论部分总结

研究人员指出全线粒体分辨率下两谱系 F_ST=0.560 超单 COI 研究，32 固定差与 trnG/rrn16 固定差均属“候选”诊断标记，非已证适应突变；GY 低多样性与固定非编码变异支持地形隔离而非证实高海拔适应，需核基因组与生理实验验证。华南高私有多态（114 站）与扩张签名兼容“定殖后扩张中心”，但东南亚 n=4 不足以排他性判定全球源头。TreeMix 迁移边不稳定、NA 材料偏实验室系，故不据其断定向基因流。单样本巴、乌放置异常反映现代贸易转运可能。标记落地前需更广地理与 qPCR/ddPCR 级验证。

结论部分翻译

本研究呈现迄今最大 D. citri 线粒体基因组数据集，主要结论为：（1）全球 D. citri 线粒体基因组分为两高度分化谱系，乌拉圭归亚洲谱系、巴基斯坦归美洲谱系；（2）两谱系间 32 个固定变异（132 条基因组集）提供种群来源指派的候选标记，待更广验证；（3）云贵高原种群为遗传独特且历史孤立谱系，表征为多样性降低、中等支持单系及 trnG 与 rrn16 两固定非编码 RNA 变异；（4）华南显示定殖后扩张签名，但东南亚采样有限使全球扩散方向性无法定论。未来需东南亚、巴基斯坦、乌拉圭、非洲加密采样，结合核基因组与溯祖迁移模型，并对固定编码/RNA 变异做功能测定，候选标记经 assay 级验证方可入检疫与常规管理。