遗传学报
遺傳學報
유전학보
ACTA GENETICA SINICA
2003年
2期
119-127
,共9页
李春选%段毅豪%郑先云%马恩波
李春選%段毅豪%鄭先雲%馬恩波
리춘선%단의호%정선운%마은파
蝗虫%遗传结构%等位酶%系统发生%中国%山西
蝗蟲%遺傳結構%等位酶%繫統髮生%中國%山西
황충%유전결구%등위매%계통발생%중국%산서
locust%genetic structure%allozyme%phylogeny%Shanxi%China
采用水平淀粉凝胶电泳技术,对采自山西省蝗虫区系的优势种类:斑腿蝗科(Catantopidae)、斑翅蝗科(Oe-dipodidae)和网翅蝗科(Arcypteridae)3科7属8种蝗虫的11种酶进行了检测,共辨析出17个酶基因座位,并计算出等位基因频率和遗传距离.等位基因频率分析表明:Ao-1、Est-3、G3pd-1、Idh-2和Mdh-2基因座位的等位基因少、等位基因数目在种间变化较小,故推断其进化速率较慢,利用这些基因座位的保守特征,可作为分子标记研究较高级阶元的系统发育关系;而Gpi-1、Ldh-1和Me-1基因座位的等位基因多、等位基因数目在种内和种间差异较大,可以用作种、属间及种群间遗传结构的比较研究.对每个基因座位的各基因型进行X2检验,除Acp-1、Adk-1、Ao-1和Ao-2在部分蝗虫中符合Hardy-Weinberg平衡外,其余绝大多数基因座位的基因型频率显著偏离H-W平衡.在所研究的8种蝗虫中,多态位点百分率普遍较高(P=64.7%～94、1%),但由于杂合子数目较少而使每个基因座位的平均杂合度降低(H.=O.024～0.087).对多态位点百分率分析发现:迁飞能力是影响蝗虫种间遗传变异的因素之一,具有迁飞能力的蝗虫(P=88.2%～94.1%)较非迁飞性蝗虫(P=64.7%～94.1%)表现出较高的遗传多态性;但也有例外,如中华稻蝗(Oxya chinensis)的P值高达94.1%.上述结果表明:由于迁飞行为可使个体暴露于各种不同环境,故而种群保持较高的遗传多态性能增强该物种在不同栖息地的生存和繁殖能力,因此,迁飞有利于维持迁飞性蝗虫遗传多态性的动态平衡.根据Nei的遗传一致度(I)和Roger的遗传距离(D)进行分析,结果与基于形态特征确定的分类阶元系统关系基本相符:即同属的小翅雏蝗(Chorthippus fallax)和白纹雏蝗(Chorthippus albonemus)具有最高的遗传一致度(I=0.813)和最小的遗传距离(D=0.336);同科不同属间遗传一致度(I=0.798～0.559)和遗传距离(D=0.398～0.474)居中;科之间I值最小(I=0.523～0.479),D值最大(D=0.505～0.523).利用UPGMA对I值和D值进行聚类,所得两种聚类图在同属种间和同科属间的关系一致,但在科间关系有所差别.Roger的遗传距离(D)聚类树图表明:斑腿蝗科物种和斑翅蝗科物种间表现出较小的遗传距离(D=0.505),而网翅蝗科与以上两科的遗传距离也极为接近(D=0.523).综上所述,等位酶分析能较好地反映蝗虫同属种间和同科属间的亲缘关系;若推断更高阶元的系统发生,则需结合其他性状进行综合分析.
採用水平澱粉凝膠電泳技術,對採自山西省蝗蟲區繫的優勢種類:斑腿蝗科(Catantopidae)、斑翅蝗科(Oe-dipodidae)和網翅蝗科(Arcypteridae)3科7屬8種蝗蟲的11種酶進行瞭檢測,共辨析齣17箇酶基因座位,併計算齣等位基因頻率和遺傳距離.等位基因頻率分析錶明:Ao-1、Est-3、G3pd-1、Idh-2和Mdh-2基因座位的等位基因少、等位基因數目在種間變化較小,故推斷其進化速率較慢,利用這些基因座位的保守特徵,可作為分子標記研究較高級階元的繫統髮育關繫;而Gpi-1、Ldh-1和Me-1基因座位的等位基因多、等位基因數目在種內和種間差異較大,可以用作種、屬間及種群間遺傳結構的比較研究.對每箇基因座位的各基因型進行X2檢驗,除Acp-1、Adk-1、Ao-1和Ao-2在部分蝗蟲中符閤Hardy-Weinberg平衡外,其餘絕大多數基因座位的基因型頻率顯著偏離H-W平衡.在所研究的8種蝗蟲中,多態位點百分率普遍較高(P=64.7%～94、1%),但由于雜閤子數目較少而使每箇基因座位的平均雜閤度降低(H.=O.024～0.087).對多態位點百分率分析髮現:遷飛能力是影響蝗蟲種間遺傳變異的因素之一,具有遷飛能力的蝗蟲(P=88.2%～94.1%)較非遷飛性蝗蟲(P=64.7%～94.1%)錶現齣較高的遺傳多態性;但也有例外,如中華稻蝗(Oxya chinensis)的P值高達94.1%.上述結果錶明:由于遷飛行為可使箇體暴露于各種不同環境,故而種群保持較高的遺傳多態性能增彊該物種在不同棲息地的生存和繁殖能力,因此,遷飛有利于維持遷飛性蝗蟲遺傳多態性的動態平衡.根據Nei的遺傳一緻度(I)和Roger的遺傳距離(D)進行分析,結果與基于形態特徵確定的分類階元繫統關繫基本相符:即同屬的小翅雛蝗(Chorthippus fallax)和白紋雛蝗(Chorthippus albonemus)具有最高的遺傳一緻度(I=0.813)和最小的遺傳距離(D=0.336);同科不同屬間遺傳一緻度(I=0.798～0.559)和遺傳距離(D=0.398～0.474)居中;科之間I值最小(I=0.523～0.479),D值最大(D=0.505～0.523).利用UPGMA對I值和D值進行聚類,所得兩種聚類圖在同屬種間和同科屬間的關繫一緻,但在科間關繫有所差彆.Roger的遺傳距離(D)聚類樹圖錶明:斑腿蝗科物種和斑翅蝗科物種間錶現齣較小的遺傳距離(D=0.505),而網翅蝗科與以上兩科的遺傳距離也極為接近(D=0.523).綜上所述,等位酶分析能較好地反映蝗蟲同屬種間和同科屬間的親緣關繫;若推斷更高階元的繫統髮生,則需結閤其他性狀進行綜閤分析.
채용수평정분응효전영기술,대채자산서성황충구계적우세충류:반퇴황과(Catantopidae)、반시황과(Oe-dipodidae)화망시황과(Arcypteridae)3과7속8충황충적11충매진행료검측,공변석출17개매기인좌위,병계산출등위기인빈솔화유전거리.등위기인빈솔분석표명:Ao-1、Est-3、G3pd-1、Idh-2화Mdh-2기인좌위적등위기인소、등위기인수목재충간변화교소,고추단기진화속솔교만,이용저사기인좌위적보수특정,가작위분자표기연구교고급계원적계통발육관계;이Gpi-1、Ldh-1화Me-1기인좌위적등위기인다、등위기인수목재충내화충간차이교대,가이용작충、속간급충군간유전결구적비교연구.대매개기인좌위적각기인형진행X2검험,제Acp-1、Adk-1、Ao-1화Ao-2재부분황충중부합Hardy-Weinberg평형외,기여절대다수기인좌위적기인형빈솔현저편리H-W평형.재소연구적8충황충중,다태위점백분솔보편교고(P=64.7%～94、1%),단유우잡합자수목교소이사매개기인좌위적평균잡합도강저(H.=O.024～0.087).대다태위점백분솔분석발현:천비능력시영향황충충간유전변이적인소지일,구유천비능력적황충(P=88.2%～94.1%)교비천비성황충(P=64.7%～94.1%)표현출교고적유전다태성;단야유예외,여중화도황(Oxya chinensis)적P치고체94.1%.상술결과표명:유우천비행위가사개체폭로우각충불동배경,고이충군보지교고적유전다태성능증강해물충재불동서식지적생존화번식능력,인차,천비유리우유지천비성황충유전다태성적동태평형.근거Nei적유전일치도(I)화Roger적유전거리(D)진행분석,결과여기우형태특정학정적분류계원계통관계기본상부:즉동속적소시추황(Chorthippus fallax)화백문추황(Chorthippus albonemus)구유최고적유전일치도(I=0.813)화최소적유전거리(D=0.336);동과불동속간유전일치도(I=0.798～0.559)화유전거리(D=0.398～0.474)거중;과지간I치최소(I=0.523～0.479),D치최대(D=0.505～0.523).이용UPGMA대I치화D치진행취류,소득량충취류도재동속충간화동과속간적관계일치,단재과간관계유소차별.Roger적유전거리(D)취류수도표명:반퇴황과물충화반시황과물충간표현출교소적유전거리(D=0.505),이망시황과여이상량과적유전거리야겁위접근(D=0.523).종상소술,등위매분석능교호지반영황충동속충간화동과속간적친연관계;약추단경고계원적계통발생,칙수결합기타성상진행종합분석.
The genetic structure of eight locust species in three families ( Catantopidae, Oedipodidae and Arcypteridae) from Shanxi Province in China was compared using allozyme analysis with horizontal starch gel electrophoresis. Among 17 loci identified in zymograms, Ao-1, Est-3, G3pd-1, Idh-2 and Mdh-2 had low variability with a few alleles. High polymorphism was observed at Ldh-1, Me-1 and Gpi-1. Each of the eight species demonstrated high percentage of polymorphic loci (P = 64.7 % ～94.1% ) but low observed heterozygosity ( Ho = 0. 024 ～ 0.087) due to heterozygote deficiency. It was noted that the migratory locusts usually had higher percentage of polymorphic loci ( P = 88.2 % ～ 94.1% ) than non-migratory species ( P = 64.7 % ～ 94.1% ). The only exception is Oxya chinensis ( P = 94.1% ). It is reasoned that the higher polymorphism is necessary for migratory species to cope with the environments that might be drastically different from the habitats before migration. The taxon relationships using cluster analysis based on Nei's genetic identity (I) and Roger's genetic distance (D) were the same at species and genus levels. The differences were found at family level, possibly due to the alternative algorithms. The cladogram using Roger' s genetic distance (D) overlapped the relationship obtained from karyotypic analyses, which demonstrated that the species examined in Catantopidae displayed somewhat closer relationship to those in Oedipodidae than to those in Arcypteridae. It is suggested that the allozyme analysis is useful as molecular marker for locusts in phylogenetic reconstruction at the species and genus level, while additional data from other studies are necessary when used for higher taxa.
