五倍子蚜蟲研究進(jìn)展

查玉平　羅治建　陳京元　張建華

摘 要： 五倍子蚜蟲是我國重要的資源昆蟲。早在20世紀(jì)30年代，我國就開始對(duì)其開展各項(xiàng)科學(xué)研究。隨著科技進(jìn)步，分子生物學(xué)技術(shù)在五倍子蚜蟲的研究中應(yīng)用越來越多。本文對(duì)分子生物學(xué)技術(shù)在五倍子蚜蟲分類、遺傳多樣性、協(xié)同進(jìn)化等研究中的應(yīng)用概況進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞： 五倍子蚜蟲；分子生物學(xué)；資源昆蟲

中圖分類號(hào)：S718.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-3020（2014）05-0017-03

五倍子蚜蟲屬于半翅目Hemiptera癭綿蚜科Pemphigidae，夏季寄生在鹽膚木Rhus chinensis、青麩楊R. potaninii等鹽膚木屬植物的復(fù)葉上，形成蟲癭——五倍子，冬季則轉(zhuǎn)寄生在苔蘚上，是我國重要的資源昆蟲[1]。五倍子蚜蟲形成的五倍子是生產(chǎn)單寧酸、沒食子酸等化工產(chǎn)品的重要原料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)保等行業(yè)。在我國，五倍子蚜蟲主要分布于陜西、貴州、四川、重慶、湖北、湖南、云南等中西部地區(qū)，共有5屬14種（亞種）。

我國五倍子蚜蟲的現(xiàn)代研究起步于20世紀(jì)30年代，主要開展了形態(tài)學(xué)分類、生物學(xué)習(xí)性等方面的研究。隨著時(shí)代的進(jìn)步，研究技術(shù)手段的豐富，關(guān)于五倍子蚜蟲的研究逐步深入，在五倍子蚜蟲的種群遺傳多樣性、與寄主之間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系等方面研究都取得很多成就。本文綜述了分子生物學(xué)技術(shù)在五倍子蚜蟲分類、遺傳多樣性、協(xié)同進(jìn)化等研究中的應(yīng)用概況。

1 分類研究中的應(yīng)用

早期五倍子蚜蟲分類主要依據(jù)蚜蟲形態(tài)學(xué)特征、不同蟲癭形態(tài)等參數(shù)進(jìn)行鑒定。但是五倍子蚜蟲個(gè)體微小、生活周期復(fù)雜并具有多型多態(tài)現(xiàn)象，不同種屬之間形態(tài)相似，給分類鑒定工作帶來相當(dāng)大的難度。此外，分類依據(jù)及分類技術(shù)手段又較為單一，因而造成五倍子蚜蟲分類爭議較多。隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，分子鑒定技術(shù)也廣泛應(yīng)用于動(dòng)物分類上，DNA測序法已經(jīng)成為一種鑒定新種常用的有效的方法。

近年來，五倍子蚜蟲的一個(gè)新種——鄭氏倍花蚜Nurudea Zhengi Ren sp.分類地位的確定就應(yīng)用了分子鑒定技術(shù)。楊晉英通過測定該新種的mtDNA COI、tRNA/COII以及Cytb部分基因序列，并應(yīng)用DNAMAN軟件將這些序列與14個(gè)五倍子蚜蟲的單一基因和聯(lián)合基因進(jìn)行了同源性分析比對(duì)，確定該新種和倍花蚜、紅倍花蚜親緣關(guān)系較近。同時(shí)結(jié)合其觸角次生感覺圈、第一寄主、蟲癭形態(tài)學(xué)鑒定結(jié)果，最終確定了該種為圓角倍蚜屬的一個(gè)新種[2]。

此外，龐雅文等人測定了8種五倍子蚜蟲的mtDNA COI基因序列，進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析，并結(jié)合數(shù)值分類分析，結(jié)果表明北美倍蚜M. rhois與倍蚜屬關(guān)系密切[3]。安淼等人測定了6屬12種五倍子蚜蟲的mtDNA COI、tRNA/COII、Cytb基因以及核DNA EF-1a基因的部分序列，構(gòu)建了分子系統(tǒng)發(fā)育樹，并依據(jù)該研究結(jié)果提出將圓角倍蚜劃分到倍蚜屬以及五倍子蚜蟲起源于亞洲等觀點(diǎn)[4]。

2 遺傳多樣性研究中的應(yīng)用

遺傳多樣性主要是指種內(nèi)不同種群間或者同一種群中的不同個(gè)體間的遺傳差異，其研究方法多采用遺傳標(biāo)記法。目前，限制性片段長度多態(tài)性（RFLP）、擴(kuò)增片段長度多態(tài)性（AFLP）、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)（RAPD）、微衛(wèi)星標(biāo)記（SSR）、簡單序列重復(fù)區(qū)間擴(kuò)增多態(tài)性分子標(biāo)記（ISSR）等分子標(biāo)記應(yīng)用較多。雖然生物遺傳多樣性研究始于18世紀(jì)70年代，但是五倍子蚜蟲的遺傳多樣性研究直到21世紀(jì)才見報(bào)道。

楊子祥等人應(yīng)用RAPD分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)來自4省的11種倍蚜和4個(gè)角倍蚜Schlechtendalia chinensis地理種群進(jìn)行了遺傳多樣性分析。聚類分析反映的倍蚜種屬間的親緣關(guān)系及遠(yuǎn)近程度和形態(tài)學(xué)研究結(jié)果基本一致，并顯示角倍蚜不同地理種群間出現(xiàn)了一定程度的遺傳分化。他們認(rèn)為可能是由于地理隔離造成的[5]。

但是，有研究認(rèn)為地理距離對(duì)倍蚜種群遺傳分化的影響不大。例如，王定江等人則采用ISSR技術(shù)對(duì)貴州省的8個(gè)角倍蚜種群進(jìn)行了遺傳多樣性分析。他們發(fā)現(xiàn)不同種群之間遺傳分化較小，種群間遺傳距離介于0.046～0.106之間，而且和地理距離相關(guān)性不大[6]。此外，呂姝媛等人對(duì)來自5省的6個(gè)角倍蚜種群采用AFLP分子標(biāo)記技術(shù)分析，試驗(yàn)結(jié)果也表明遺傳距離和地理距離之間沒有明顯相關(guān)性，但是種群間的遺傳分化較大[7]。

3 協(xié)同進(jìn)化研究中的應(yīng)用

昆蟲與植物之間的協(xié)同進(jìn)化研究一直以來都是國內(nèi)外昆蟲學(xué)研究的重點(diǎn)。協(xié)同進(jìn)化研究方法有很多種，諸如古生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)等技術(shù)方法。尤其是分子系統(tǒng)發(fā)育分析方法被不少學(xué)者應(yīng)用于物種間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系研究中[8]。五倍子蚜蟲的第一寄主植物只有鹽膚木、青麩楊和紅麩楊等3種植物，并且生活史的大部分在第一寄主上完成，因此其與寄主植物之間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系非常明顯。早期關(guān)于協(xié)同進(jìn)化方面的研究較多集中在生物生態(tài)學(xué)水平上，近年來也有學(xué)者開展分子水平上的研究。

李繼變等人通過比較角倍蚜和鹽膚木的遺傳多樣性指數(shù)（Shannon多樣性指數(shù)和Nei基因多樣性指數(shù)），證實(shí)兩者之間存在協(xié)同進(jìn)化關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)角倍蚜和鹽膚木種群的遺傳多樣性具有相同的變異趨勢，并且角倍蚜種群多態(tài)性高，對(duì)應(yīng)的鹽膚木種群多態(tài)性高，具有明顯相關(guān)性（P<0.01）。Nei基因多樣性指數(shù)顯示角倍蚜和鹽膚木種群具有相似的遺傳分化水平，但是鹽膚木種群多樣度高于角倍蚜種群的多樣度[9]。

任竹梅則研究了角倍蚜與第一寄主鹽膚木屬植物的系統(tǒng)發(fā)育樹，發(fā)現(xiàn)雖然五倍子蚜蟲與寄主植物之間沒有形成一一對(duì)應(yīng)的平行對(duì)應(yīng)關(guān)系，但是兩者之間存在明顯的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系[10]。其中倍蚜屬和圓角蚜屬蚜蟲僅寄生于鹽膚木，米倍蚜、肚倍蚜指明亞種和蛋肚倍亞種僅寄生青麩楊，紅小鐵棗蚜、黃毛小鐵棗蚜和鐵倍花蚜僅寄生紅麩楊等專性寄生關(guān)系都在系統(tǒng)發(fā)育樹中得到體現(xiàn)[10]。

4 小結(jié)

從上文來看，分子生物學(xué)技術(shù)在五倍子蚜蟲研究中已占據(jù)了一定的地位，并且取得了一定的成績。但是，分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用的范圍還受到局限。例如，在鄭氏倍花蚜研究當(dāng)中，根據(jù)mtDNA COI、tRNA/COII以及Cytb部分基因序列構(gòu)建的NJ樹中的屬間關(guān)系并不一致，置信度低，估計(jì)與分子標(biāo)記選擇或聚類模型的選擇有關(guān)[2]。因此，如何選擇置信度高的分子標(biāo)記和聚類模型限制了分子生物學(xué)技術(shù)在五倍子蚜蟲分類中的應(yīng)用。目前，分子標(biāo)記技術(shù)要和形態(tài)學(xué)研究相結(jié)合才能較好地反映五倍子蚜蟲分類、遺傳變異及系統(tǒng)發(fā)育情況[5]。

此外，分子生物學(xué)大多應(yīng)用在五倍子蚜蟲分類、遺傳多樣性、協(xié)同進(jìn)化等方面，而對(duì)其功能基因、遺傳育種等方面的研究報(bào)道較少。僅見李芒等人對(duì)癭內(nèi)外不同時(shí)期肚倍蚜抗氧化基因表達(dá)量的研究報(bào)道[11]。五倍子蚜蟲長時(shí)間生活在蟲癭中，而蟲癭內(nèi)既缺少氧氣又富含單寧，其適應(yīng)環(huán)境的分子機(jī)理如何，其抗性基因有哪些，有什么功能都還有待深入研究。另外，如何篩選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的五倍子蚜蟲，如何應(yīng)用基因工程構(gòu)建高產(chǎn)五倍子蚜蟲等問題也有待解決。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張廣學(xué)，喬格俠，鐘鐵森 等. 中國動(dòng)物志（昆蟲綱14卷，同翅目，獷蚜科，癭綿蚜科）[M]. 北京：科學(xué)出版社，1999：256-272.

[2]楊晉英. 五倍子蚜一新種的形態(tài)學(xué)及分子鑒定[D]. 太原：山西大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2012.

[3]龐雅文，馬恩波，任竹梅. 基于形態(tài)特征和mtDNA COI序列的北美五倍子蚜分類和系統(tǒng)發(fā)育地位[J]. 昆蟲學(xué)報(bào)，2011，54（5）：575-581.

[4]安淼. 五倍子蚜DNA序列分子系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系[D]. 太原：山西大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2011.

[5]楊子祥，陳曉鳴，馮穎 等. 倍蚜種間親緣關(guān)系及角倍蚜種群分化的RAPD分析[J]. 林業(yè)科學(xué)， 2007，43（7）：44-50.

[6]王定江，楊漢遠(yuǎn)，鐘揚(yáng) 等. 貴州省八個(gè)種群角倍蚜ISSR遺傳多樣性. 生態(tài)學(xué)雜志[J]. 2008，27（10）：1729-1733.

[7]呂姝媛，段立柱，馬恩波 等. 資源昆蟲角倍蚜遺傳多樣性及遺傳分化的AFLP分析[J]. 昆蟲學(xué)報(bào)， 2010，52（2）：202-208.

[8]李典謨，周立陽. 協(xié)同進(jìn)化——昆蟲與植物的關(guān)系[J]. 昆蟲知識(shí)，1997，34（1）：45-49.

[9] 李繼變，任竹梅，馬恩波. 角倍蚜與其唯一夏寄主植物鹽膚木種群遺傳多樣性比較[J]. 山西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2009，32（2）：298-303.

[10]任竹梅. 五倍子蚜與寄主植物DNA序列系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系及其協(xié)同進(jìn)化[J]. 山西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2009，32（4）：614-620.

[11]李芒，王永，雷朝亮. 肚倍蚜抗氧化酶基因的克隆與表達(dá)[J]. 應(yīng)用昆蟲學(xué)報(bào)， 2012，49（1）：146-153.

（責(zé)任編輯：鄭京津）