基于线粒体COI基因序列的武汉地区常见麦蚜蚜种鉴定

文章编号：2095-1191（2019）08-1742-06

Identification of wheat aphid species in Wuhan based on mitochondrial COI gene sequence

YANG Yu-hui， XIE Jia-yan*， WU Chong

（School of Biology and Pharmaceutical Engineering， Wuhan Polytechnic University， Wuhan  430023， China）

Abstract：【Objective】This experiment used mitochondrial COI sequences to analyze the genetic composition of co-mmon wheat aphids species in Wuhan， investigated the feasibility of COI gene sequence as molecular identification for common wheat aphid species， and provided reference for effective identification and integrated management of wheat aphids in the field. 【Method】Samples of three different wheat aphids species[Rhopalosiphum padi（Linnaeus）， Macrosiphum avenae（Fabricius） and Schizaphis graminum] in the field in Wuhan and cultivated in the laboratory were collec-ted. The COI gene were amplified and sequenced. Genetic distance and the clustering were also analyzed. 【Result】In the nucleotide of COI gene fragment of the three wheat aphids，the total content of base C and base G was lower than the total content of base A and base T. The content of base G was the lowest and showed obvious base bias. All intraspecific genetic distances of these aphid species were lower than 0.010， and interspecific genetic distance was ten times more than intraspecific genetic distance of these aphid species. The analysis of clustering showed that all species of Aphidinae were clustered one clade， and then it formed three small clades which were individually clustered by different wheat aphids. 【Conclusion】The molecular identification of these wheat aphids in the field is consistent with the morphological classification. The results suggests that COI gene sequence can identify effectively the common wheat aphids in Wuhan.

Key words： wheat aphid; COI gene sequence; species identification; Aphidinae

0 引言

【研究意義】农业害虫所产生的直接和间接破坏对人类维持作物生产力和营养安全等产生了重要影响。麦蚜是世界各小麦产区的常发性害虫，隶属于同翅目（Homoptera）蚜科（Aphidinae），为多型性昆虫。麦蚜主要寄生在小麦穗部和中上部叶片上刺吸为害，直接造成麦类作物大量减产（李宏德，2016）。麦蚜还可传播麦类病毒（刘艳莉等，2018），间接造成粮食作物严重减产。另外，一些麦蚜已成为入侵物种，对国际粮食生产和贸易产生严重危害（Bass et al.，2014）。麦蚜在我国已连续多年严重发生，对我国小麦的安全生产构成严重威胁（李素娟等，2001）。在我国，危害麦类作物的蚜虫主要有4种（韩松等，2018），在长江中下游地区危害小麦的主要蚜虫是麦长管蚜[Sitobion avenae（Fabricius）]和禾谷缢管蚜[Rhopalosiphum padi（Linnaeus）]（杜新慧，2014）。长期以来，麦蚜的防治仍以化学防治为主，田间的不合理用药导致麦蚜危害加剧及麦蚜抗药性水平显著上升（王晓军等，2004;李宏德，2016）。由于蚜虫属典型的r-对策昆虫，其生活周期短，营孤雌生殖，具有不同的寄主类型和颜色多型现象（张广学，1999;Shufran et al.，2000），因而对各种生态系统具有较强的生态适应能力;另外，不同麦蚜对作物的取食部位和传毒能力不同，对作物产生的危害程度也不同，对麦蚜的错误识别将影响田间病虫害的有效管理和风险评估。因此，快速、准确地识别不同蚜种，对保障小麦产业健康发展具有重要意义。【前人研究进展】Enders等（2018）研究了土地覆盖、温度和降水等生态因子对麦蚜丰度及传播病毒能力的影响，结果表明其他生态因子可能影响了禾谷缢管蚜和麦长管蚜的丰度和传毒能力;麦二叉蚜（Schizaphis graminum）的丰度受秋季降水和冬季温度的影响，而传毒能力不受这些因素的影响，麦二叉蚜是麦田中病毒传播能力最强的麦蚜。DNA条形码（DNA barcoding）技术是近年来对昆虫进行物种鉴定的新方法。Hebert等（2003a）首次采用COI基因序列对不同物种进行检测，发现该基因能进行有效的物种识别。近几年有关其他昆虫的研究也表明，COI基因片段作为条形码可进行有效识别和物种鉴定。如为确定入境口岸拦截的变叶木上缨翅目蓟马科的Leucothrips是否对美国农业构成入侵威胁，Skarlinsky等（2017）采集美国不同地点和不同宿主的蓟马科Leucothrips成虫和幼虫进行比较分析，发现采集到的成虫间无形态差异，形态学分析鉴定为蓟马科昆虫L. furcatus，但采集的幼虫形态差异明显，经线粒体COI基因和rRNA验证，发现该样本分成2组，第一组仅由幼虫构成，与第二组存在明显遗传差异，第二组样本由幼虫和成虫组成，遗传分化较低且形态高度相似，表明它们构成单一物种，而两组幼虫在形态上的不同和遗传上的差异，表明其可能存在另一种隐蔽物种。Syromyatnikov等（2017）发现形态鉴定不易区分扁盾蝽属物种，因此采用COI基因序列对4种扁盾蝽属有害物种进行检测，结果显示该序列能准确鉴定麦扁盾蝽（Eurygaster integriceps），并开发了能快速鉴定麦扁盾蝽的PCR-RFLP方法。Mackenzie等（2018）采用COI基因序列检测田间常见蚜种中具有抑制马铃薯Y病毒（PVY）传播杀虫剂的特定抗性突变基因的频率，结果表明，在田间采集的45种蚜虫中至少有17种蚜种被认为是PVY的载体，其中，桃蚜是所有检测蚜种中对杀虫剂抗性突变频率最高的物种，是PVY和马铃薯卷叶病毒（PLRV）中最有效的载体物种。【本研究切入点】湖北省是我国南方小麦主产省份，在全国小麦生产中占有重要地位。近年来，由于化学农药的不合理使用，致使麦蚜抗性水平不断增强。因此，如何通过现代生物技术与传统化学防治相结合，对田间麦蚜物种进行有效鉴定及合理利用化学农药和田间综合治理具有重要的实践意义。目前，基于COI基因序列对田间常见麦蚜蚜种进行分析鉴定的研究报道较少。【拟解决的关键问题】对湖北省武汉地区常见麦蚜种类的COI基因序列片段进行扩增及测序，分析不同麦蚜的遗传特征，探讨COI基因序列作为田间常见麦蚜蚜种分子鉴定标记的可行性，为田间麦蚜的有效识别和综合治理提供科学依据。