摘要
叶螨为蛛形纲、蜱螨亚纲、叶螨科、叶螨属（Tetranychus）螨类的统称，是一类非常重要的农业害虫。它们主要以口针刺吸危害植物叶片，寄主多达1000余种，常见的包括禾本科、锦葵科、豆科、茄科和葫芦科等作物。由于叶螨个体小，多聚集于叶片背面，为害初期的症状不明显，易被忽视等特点，经常出现“小虫成大灾”现象。近年来，化学杀虫（螨）剂的大量使用加快了叶螨抗性演化的速度，使叶螨成为抗药性最强的害虫之一。此外，由于转基因棉的大量种植、气候适宜、轮作倒茬少、秋耕冬灌不到位等原因，叶螨对棉花的危害也日趋严重。另外，我国农村的蔬菜种植模式多为非连片性的块状种植，种类繁多，这也为多食性叶螨的暴发提供了有利条件。叶螨的快速繁殖、强寄主适应性和快速抗药性发展等特点，为农业生产过程的害螨防治带来极大的挑战。 长期以来，二斑叶螨（Tetranychusurticae一直被认为是我国最重要的害螨，是大多数地区棉花和蔬菜上的优势害螨。然而本实验室通过2002至2017年全国范围的田间调查发现，自2009以后，二斑叶螨发生程度逐渐降低，而截形叶螨（T.truncatus）逐渐上升，已经成为我国大部分地区重要农作物上的优势害螨。也有国内其他相关研究发现截形叶螨已经上升成为蔬菜和棉花的优势害螨。红叶螨(T.pueraricola)在国内的发生仅次于优势害螨截形叶螨，并主要在西南地区流行，在北方区域发生较少，偶与截形叶螨混合发生。红叶螨是1996年在日本首次被发现，在国内一直到2008年才有报道。红叶螨在西南地区的盛行可能是从别地引入，然后近期爆发的，在这种假设下，红叶螨会因奠基者效应和短时间的分化形成低水平的遗传多样性和弱遗传分化。但是最近的一项遗传研究发现，国内的红叶螨遗传多样性较高，且没有检测到近期的种群瓶颈效应，因此我国西南地区的红叶螨不可能是一种近期入侵的害螨，反而应当存在了较长的一段时间。由于叶螨并非常规监测害虫，其种群数量的变化并没有详实的记录，这两种叶螨发生规律尚不清楚。 针对上述问题，本研究对246头叶螨进行重测序，总共得到了285Gb的高质量碱基比对上二斑叶螨参考基因组，获得3133×的有效覆盖深度，平均每个个体测序了13×。过滤之后，截形叶螨中获得446万SNPs，红叶螨则有374万SNPs。使用全基因组的遗传变异信息，基于不同地理区域的叶螨群体间遗传差异，对不同叶螨亚群的种群遗传结构、遗传多样性、起源中心，进化关系、基因流以及当地适应性进行分析，得出的主要结论如下: 1)我国的截形叶螨种群可以大致分为4个类群(GroupⅠ-Ⅳ)，分别是中国南方地区、华北平原地区、中部和西北地区以及东北地区类群。大约4千年前，国内的截形叶螨从南向北迅速扩散，靠中国西南庇护所区域的南方地区最有可能与该螨的起源地最近。有效种群大小历史表明，北美洲地区的二斑叶螨在末次盛冰期期间种群规模迅速收缩，但是亚洲地区的不同种叶螨种群规模都保持稳定，这很可能是中国西南地区的庇护所提供了适宜的生存条件。我国的4个截形叶螨类群中除了南方地区的种群近期经历了收缩，其余的北方类群都发生了一定的扩张，并且扩张时间与上个世纪80年代截形叶螨上升为优势害螨的报道相吻合。其中，华北平原地区的截形叶螨种群有最频繁的迁出基因流，这种不对称的基因流可能促进了北方截形叶螨的流行。此外，叶螨全基因组范围的核苷酸多样性很低，甚至低于人工培养的水稻，其背后的机制复杂，想要完全理解仍需大量的工作。 2)国内红叶螨大致可以分为西南种群和非西南种群(GroupⅤ-Ⅵ)，更精细的结构则可以划分为云南怒江种群、其余西南种群、甘肃种群、东南种群和东北种群。中国西南地区的庇护所可能为红叶螨在末次盛冰期期间提供了保护。在末冰期后，7千年前左右，红叶螨开始在国内主要从西南向东北迅速扩散，其中怒江种群是最先衍生出的种群，甘肃种群则拥有最丰富的混血成份。红叶螨的全基因组核苷酸多样性整体高于截形叶螨，即使在发生量远不如截形叶螨的北方地区仍是如此。但是红叶螨除了西南地区内部种群分化相对较小，其余地区间基因流程度远不及截形叶螨，整体种群间分化程度大于截形叶螨，地理隔离效应更强。 3)使用潜在因素混合模型LFMM鉴定两种叶螨涉及当地温度、降水和海拔适应的候选位点。其中截形叶螨中分别有217，270和508个与温度、降水和海拔相关的基因发生了非同义突变;红叶螨则分别有181，124和410个与温度、降水和海拔相关的基因发生了非同义突变。两种叶螨与当地降水适应显著相关，并产生氨基酸替换的基因有NP-R9，TuGR254，TuGR400，bZIP-T和MACF1，主要涉及了水和离子平衡调节和运动技能等功能。基于所有候选位点的PCA分析发现截形叶螨的PC1按照降水梯度排列，但是红叶螨的PCA没有这种清晰的分类规律。对候选位点区域的FST,log2(θπratio)，Tajima''sD和基因型频率检测发现，截形叶螨的候选SNPs比红叶螨有更明显的选择信号。截形叶螨北方种群GroupⅢ比南方种群GroupⅠ在候选位点区域有更高的核苷酸多样性，这很可能是GroupⅢ当地适应进化维持了该区域的多样性。此外，两种叶螨都有大量基因涉及了当地海拔适应，主要包括了G蛋白耦联受体家族，细胞色素P450s和ABC转运蛋白。其中NP-R9基因和其附近区域在截形叶螨的降水和海拔适应中都有极显著的相关信号，可以作为下一步功能验证研究的重要靶标区域。 综上所述，本研究追溯中国两种优势害螨的起源、入侵路线与时间和种群历史动态。将两种优势叶螨的种群结构、历史和当地适应进化进行比较，使我们更全面理解国内叶螨发生规律，从而可以更有效、科学、全面地防治叶螨的危害。
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