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植保所阐明亚洲玉米螟和欧洲玉米螟同域下的基因渗透现象

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  日前,中国农业科学院植物保护研究所科研团队在秆野螟属(Ostrinia)近缘种种群遗传方面取得研究进展,不仅首次在自然界中发现了亚洲玉米螟和欧洲玉米螟之间杂交个体,而且阐明了这两种秆野螟属近缘种的基因渗透现象。相关研究成果在线发表与生态学、群体遗传学领域期刊《分子生态(Molecular Ecology)》上。

  生物学物种内保持高的基因流以保持种群。空间和时间上的随机基因流和适应性变异积累可以导致新物种的形成。与之相反的假说是不同物种之间存在着由杂交而形成的中间体(Continuum)。两个近缘种间的不断杂交可以通过形成结合体(gamete)和回交而导致等位基因嵌合。等位基因渗透假说是基于基因组在结构上的优势选择机理,并非整个基因组而是基因组的适应区域可能影响遗传隔离的程度。每个位点的基因渗透程度受上位效应和适应性导致的显性结果调节。选择有利的等位基因和中性等位基因被认为是可以自由交换的,与之相对的假说是等位基因可以导致生殖隔离和影响本地适应性的特点。生态动力学在两个物种的杂交区域的基因渗透现象中具有重要角色。两个亲缘关系较近的物种在同域条件下很容易产生基因渗透现象。当种间基因流足够高可以改变随机基因流效应时,入侵物种种群内的等位基因渗透不会增加。同域近缘种的基因渗透和基因流现象有利于对进化的研究。同域种间杂交和基因渗透现象的研究对进化研究具有很大的帮助。

  亚洲玉米螟(Ostriniafurnacalis)和欧洲玉米螟(O.nubilalis)是玉米上最重要的两种害虫。亚洲玉米螟的信息素为顺12和反12-十四碳烯乙酸酯构成;欧洲玉米螟信息素由顺11和反11-碳烯乙酸酯构成。亚洲玉米螟主要分布于亚洲东部和澳大利亚,欧洲玉米螟主要分布于中亚、欧洲、北非和北美。我国新疆伊犁地区为原始欧洲玉米螟的发生区。在近几十年里,亚洲玉米螟入侵到这一区域。这两种害虫自从分化为不同的物种后首次在此相遇。伊犁地区是目前已知世界上唯一的两种玉米螟混生区。这为研究近缘种的进化提供了非常难得的机会。

  植保所王振营研究员领衔的研究团队在新疆玉米上采集了11个地理种群的玉米螟越冬幼虫,采用高通量SNP和SSR测试及线粒体测序方法。根据SNP基因型数据结果这两种玉米螟存在较高的遗传多样性;预测了伊犁地区基因渗透史。在混生区内的亚洲玉米螟种群内没有发现基因渗透的基因型。根据杂交个体和基因渗透史,可以确定伊犁地区为这两种玉米螟的杂交地区;可以预测伴随着基因在这两个物种间渗透,适应性特点也在这两个物种间横向传播。本研究结果表明亚洲玉米螟和欧洲玉米螟这两个生殖隔离的物种间存在着中间体,经典的以信息素为基础的区分这两个物种的方法应当予以重新考虑。

  该研究以中国农科院植保所、植物病虫害生物学国家重点实验室为第一完成单位,植保所王振营研究员和美国农业部玉米虫害与作物遗传所布莱德·考特斯(Brad Coates)博士为文章共同通信作者。

  论文链接http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mec.14387/full

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