桔小實蠅與木瓜實蠅雜交后代產(chǎn)卵管長度的表型遺傳特征

馬 駿，武目濤，梁 帆，何日榮，趙菊鵬，林 莉，任競妹，張 燦

(廣東出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術(shù)中心，廣州 510623)

桔小實蠅Bactrocera dorsalis s.s.和木瓜實蠅Bactrocera papayae 同屬桔小實蠅復(fù)合種，兩者均為為害水果的重要害蟲(Clarke et al.，2005)。桔小實蠅復(fù)合種起源于東南亞地區(qū)，其中以桔小實蠅為代表種。1969年Hardy 在進行桔小實蠅及相關(guān)種的分類鑒定及其分布情況研究時指出，桔小實蠅與其它16種果實蠅在形態(tài)上屬于近緣種，這些類群在形態(tài)上很難分辨，但彼此之間的生物學(xué)特性及各自寄主范圍存在很大差別，提出過去被定為桔小實蠅的一些實蠅其實是由很多近緣種組成的復(fù)合種。1994年Drew 和Hancock 根據(jù)已收集的種類整理出桔小實蠅40 個復(fù)合新種，其中傳統(tǒng)分類中的桔小實蠅被稱之為“桔小實蠅狹義種”B.dorsalis s.s.。隨后Allwoo 等(1999)記錄了有害和無害種的寄主植物種類。每一新種根據(jù)傳統(tǒng)的形態(tài)特征加以描述，同時根據(jù)同工酶、地理分布、寄主范圍以及對性誘劑反應(yīng)的差異性將其視為獨立的生物單元，有的種類若僅僅依靠形態(tài)標準則很難區(qū)別(Clarke et al.2005)。自從上世紀80年代開始，隨著一系列額外新種不斷得到描述并加入，到目前桔小實蠅復(fù)合種達到75種。

木瓜實蠅根據(jù)其與桔小實蠅(狹義種)的差異性由Drew ＆ Hancock 于1994年將其獨立定名。兩者依靠的主要鑒別特征為:(1)木瓜實蠅的產(chǎn)卵管明顯比桔小實蠅長;(2)兩者的地理分布不同，即桔小實蠅分布在亞洲大部分地區(qū)及東南亞，南至泰國/馬來半島上的克拉地海峽。木瓜實蠅從克拉地海峽開始，向南和向東擴展到印度尼西亞群島。系統(tǒng)發(fā)育及種間條形碼的研究顯示這兩個種實蠅在遺傳上表現(xiàn)出了很近的遺傳關(guān)系(Krosch et al.，2012;Schutze et al.，2012，2013)。有關(guān)桔小實蠅與木瓜實蠅是否為同一個種存在爭議，至今也未得出明確的定論。根據(jù)實驗觀察，在室內(nèi)條件下桔小實蠅和木瓜實蠅能正常交配并產(chǎn)生可育后代，兩者之間并不存在生殖隔離。而根據(jù)Ernst Mayr (2005)對生物物種的概念 (the Biological Species Concept BSC):物種是一群實際發(fā)生交配或具有潛在交配能力的自然種群，該群體與其他群體存在生殖隔離。因此，鑒于桔小實蠅和木瓜實蠅的雜交現(xiàn)象，對兩者的分類地位有必要回答的科學(xué)問題:(1)這兩個種實蠅其本身是否屬于生物學(xué)上的單一種?假如屬于生物學(xué)上的單一種，其雜交后代種群繁殖的延續(xù)性如何?(2)即使按照此前所分的兩個不同種實蠅，那么其分類所依據(jù)的產(chǎn)卵管長度經(jīng)過雜交后是否還具有種間鑒別的形態(tài)特征?為驗證在雜交條件下以產(chǎn)卵管長度作為上述兩種實蠅形態(tài)鑒別特征的有效性，本研究對來源于各自地理分布區(qū)的上述兩種實蠅經(jīng)雜交后，對雜交后代實驗種群連續(xù)飼養(yǎng)至第33 代并觀測了雜交后代產(chǎn)卵管長度的表型遺傳特征。

1 材料與方法

1.1 蟲源和蟲種鑒定

桔小實蠅采自廣州番石榴果園，實驗室飼養(yǎng)3 代。木瓜實蠅從馬來西亞進境木瓜中截獲得到，實驗室飼養(yǎng)10 代以上。兩種實蠅飼養(yǎng)于廣東檢驗檢疫技術(shù)中心植物檢疫實驗室。實蠅幼蟲均用人工飼料飼養(yǎng)，由酵母、蔗糖、麥胚、水等配制。實蠅成蟲性成熟后，用含有新鮮番石榴汁的產(chǎn)卵器收集蟲卵，并轉(zhuǎn)移至鋪有濾紙的人工飼料上，于25℃±1℃，RH65%的條件下培養(yǎng)。繼代繁殖中，每一代隨機收集蟲卵500 粒左右。幼蟲老熟后用水洗出置于濕潤的細沙中化蛹，蛹接近羽化時將蛹從沙中篩出并轉(zhuǎn)移至養(yǎng)蟲籠讓其羽化。成蟲提供食料(酵母∶糖=1∶3)和水。光源由40 W 白熾燈管提供，光照時間為上午8∶00 至晚上8∶00。

1.2 雜交方法與產(chǎn)卵管長度測定

兩種實蠅種類鑒定根據(jù)Dew and Hancock(1994)描述的形態(tài)特征確認。F1 代由桔小實蠅與木瓜實蠅親本雜交獲得，由桔小實蠅(d)雌性與木瓜實蠅 (p)雄性產(chǎn)生的雜交一代標記為Fdp1，由木瓜實蠅雌性與桔小實蠅雄性產(chǎn)生的雜交一代標記為Fpd1。自F1 代開始，分別將交雜交種和其親本持續(xù)繁殖至第33 代并隨機收取該代雜交種及其親本雌成蟲36-186 頭置于冰箱冷凍，采用顯微鑷在顯微測微尺下解剖產(chǎn)卵針并測定其長度。

1.3 產(chǎn)卵管長度統(tǒng)計分析

采用DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(2013)統(tǒng)計分析雜交后代及其親本產(chǎn)卵管長度的頻次分布特征以及差異性。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交代與親本產(chǎn)卵管長度的差異性

對測量的雜交種與其親本產(chǎn)卵管長度進行方差分析，經(jīng)方差齊性檢驗表明測量數(shù)據(jù)方差齊性一致(卡方值=2.13，df=3，P=0.5453)。4種遺傳種系的產(chǎn)卵管長度均存在明顯差異 (P＜0.01)，其中以木瓜實蠅的產(chǎn)卵管長度為最長，桔小實蠅的為最短，第33 代正反交雜交自交系產(chǎn)卵管長度介于兩種親本之間，并且正反交后代(來源于不同雜交親本)之間的產(chǎn)卵管長度也具有明顯差異(P＜0.01)(表1)。4種系產(chǎn)卵管長度在95%的置信區(qū)間下互不重疊(表1)。

表1 桔小實蠅和木瓜實蠅及其雜交第33 代產(chǎn)卵管長度差異性分析Table 1 Length of aculeus for hybrid progeny between Bactrocera dorsalis s.s.and B.papayae after reproducing thirty-three generations

2.2 產(chǎn)卵管長度的頻次分布特征

將第33 代雜交種及其親本產(chǎn)卵管長度的分布頻次進行分布函數(shù)擬合，經(jīng)卡方檢驗均符合正態(tài)分布(圖1)，表明無論親本還是雜交種其產(chǎn)卵管長度在一定的范圍內(nèi)為正態(tài)分布，產(chǎn)卵管長度的性狀表現(xiàn)為完全隨機性事件。

圖1 桔小實蠅和木瓜實蠅及其雜交第33 代產(chǎn)卵管長度頻次分布Fig.1 Frequency distribution of length of aculeus of hybrid progeny between Bactrocera dorsalis s.s.and B.papayae after reproducing thirty-three generations

表2 桔小實蠅和木瓜實蠅及其雜交第33 代產(chǎn)卵管長度頻次分布分布正態(tài)性檢驗Table 2 Normal distribution tests for length of aculeus of hybrid progeny between Bactrocera dorsalis s.s.and B.papayae after reproducing thirty-three generations

3 結(jié)論與討論

對桔小實蠅和木瓜實蠅雜交代經(jīng)過33 代的連續(xù)觀測結(jié)果表明，兩種實蠅雜交后可正常發(fā)育繁殖(種群數(shù)量特征另文發(fā)表)，不存在嚴格的生殖隔離現(xiàn)象。雜交后代的產(chǎn)卵管長度表現(xiàn)為數(shù)量遺傳特征，即后代的總體長度總是介于兩親本之間，且不同雜交種系之間(如親本，雜交和回交代之間)的產(chǎn)卵管長度具有顯著差異性，各種系內(nèi)產(chǎn)卵管長度的頻次分布也均表現(xiàn)一致。

傳統(tǒng)分類中以產(chǎn)卵長度作為這兩種實蠅分類鑒別依據(jù)的前提是:兩者具有生殖隔離或沒有經(jīng)過基因交流。但從本研究觀測結(jié)果看，無論是親本還是雜交種盡管經(jīng)過33 代的隔離繁殖(即保持種系內(nèi)自交)，其產(chǎn)卵管長度仍然保持其自身種系的特異性，但是，一旦種(系)間出現(xiàn)雜交，這種特異性會隨著雜交作用的產(chǎn)生而發(fā)生改變，表現(xiàn)為隨著雜交后代與親本(或其他種系間)不斷回交，其后代的產(chǎn)卵長度會因數(shù)量遺傳特征與親本的差異越來越小，其種(或種群)間的形態(tài)區(qū)別特征也愈來愈細微。

另外，本研究結(jié)果也從另一個側(cè)面驗證了桔小實蠅和木瓜實蠅為新近進化的種類，兩者在東南亞地區(qū)由于地理隔離的產(chǎn)生而發(fā)生分化(Matthew et al.，2012)，如產(chǎn)卵管長度的差異性，但這種分化還未足以進化成生殖隔離的獨立種，兩者的分化水平應(yīng)當屬于不同的地理種群。只要兩種實蠅存在地理隔離，其產(chǎn)卵管長度的差異性會始終保持，而當?shù)乩砀綦x一旦消除或因人為作用使得兩種實蠅相遇雜交，則以產(chǎn)卵管長度作為種間的區(qū)別特征將隨之改變，這就意味著產(chǎn)卵管長度不能作為這兩種實蠅固定的鑒別特征。

References)

Allwood AJ，Chinajariyawong A，Drew RAI，et al.Host plant records for fruit flies (Diptera:Tephritidae)in South East Asia［J］.Raffles Bull.Zool.Suppl.，1999，7:1-92.

Clarke AR，Armstrong KF，Carmichael AE，et al.Invasive phytophagous pests arising through a recent tropical evolutionary radiation:The Bactrocera dorsalis complex of fruit flies［J］.Annu.Rev.Entomol.，2005，50:293-319.

De Queiroz K.Ernst Mayr and the modern concept of species［J］.Proc.Natl.Acad.Sci.USA，2005，102 (Suppl.1):6600-6607.

Drew RAI，Hancock DL，The Bactrocera dorsalis complex of fruit flies(Diptera:Tephritidae:Dacinae) in Asia ［J］.Bulletin of Entomological Research，1994，84:2 (i-iii):1-68.

Hardy DE.Taxonomy and distribution of the oriental fruit fly and related species (Tephritidae-Diptera)［J］.Proc.Hawaii.Entomol.Soc.，1969，20:395-428.

Matthew N，Krosch MK，Schutze KF，et al.Piecing together an integrative taxonomic puzzle:Microsatellite，wing shape and aedeagus length analyses of Bactrocera dorsalis s.l.(Diptera:Tephritidae)find no evidence of multiple lineages in a proposed contact zone along the Thai/Malay Peninsula ［J］.Systematic Entomology，2012，38:2-13.

Schutze MK，Jessup AQ，UL-Haq I，et al.Mating compatibility among four pest members of the Bactrocera dorsalis fruit fly species complex(Diptera:Tephritidae) ［J］.J.Econ.Entomol.，2013，106 (2):695-707.

Schutze MK，Krosch MN，Armstrong KF，et al.Population structure of Bactrocera dorsalis s.s.，B.papayae and B.philippinensis(Diptera:Tephritidae)in southeast Asia:Evidence for a single species hypothesis using mitochondrial DNA and wingshape data［J］.BMC Evolutionary Biology，2012，12:130.doi:10.1186/1471-2148-12-130.