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鞘翅目Coleoptera长蠹科Bostriychidae和长小蠹科Platypodidae昆虫是一类具有经济意义的害虫,其食性复杂,钻蛀力强,具有较大的破坏性,能危害木材、藤枝、竹枝及其制品、树木、经济作物和粮食及楼宇结构等。上述两科昆虫主要分布于热带、亚热带地区,随着国际贸易的快速增长,加速了其传播扩散。我国口岸检疫部门在进口的原木、木材及包装材料上多次截获到长蠹科和长小蠹科害虫。为了防止外来物种入侵给我国林木造成重大经济损失,我国将多种属的长蠹、长小蠹列为植物检疫性有害生物。由于检疫截获的虫体中存在大量的幼虫和蛹,其形态特征不明显,难以进行种类鉴定,同时木材害虫近缘种多,准确的形态鉴定需具备专业知识和鉴定经验,物种个体差异也常常导致鉴定结果不准确。本研究旨在应用一种新型分子生物学技术来解决这些问题。
反向斑点杂交(Reversed dot blot,RDB)是一种基于PCR基础之上的杂交技术,特异探针和目标基因PCR产物结合,通过类似酶联免疫的方法将杂交信号放大显示出来。具有简便、快速、灵敏度高、特异性和重复性好以及一次能检测鉴定多个物种等技术特点。RDB技术已在医学检测和基因分型等领域有较广泛的应用,但还未应用到昆虫检疫和鉴定中,检测技术具有创新性。
本研究选择线粒体COⅠ基因作为研究目标基因,通过PCR、克隆和测序等分子生物学技术,获得长蠹科、长小蠹科等22种昆虫COⅠ基因序列。同时应用PCR-RDB技术,分别建立了长蠹科、长小蠹科昆虫RDB种类检测鉴定方法。昆虫PCR-RDB检测在一小张Biodyne C尼龙膜上进行,按照预先设计的阵列,人工在膜上点上质控探针(显色点探针、阳性探针、阴性探针)和检测探针,通过PCR、杂交、显色和扫描等步骤以及质控探针和检测探针的颜色变化来判定目标害虫的种类。
PCR-RDB昆虫检测反应体系包括15-20pmol/μL探针浓度、42℃杂交3h,DNA模板100pg以上。共筛选出21条木材害虫RDB种类鉴定特异探针,可实现9种长蠹、9种长小蠹及3种小蠹昆虫的种类鉴定;RDB灵敏度检测能达到pg级。
本研究还重点研究了长小蠹科5属10种及长蠹科4属9种mtDNA COⅠ基因部分序列(GenBank序列号GQ895744~GQ895760,HM002618~HM002631)。采用MEGA3.1分析了序列组成及遗传距离,应用PAUP4.0分别构建了长蠹科和长小蠹科NJ、MP及ML等三种分子系统树,同时结合形态分类,探讨各物种及所在属的系统进化。结果表明:长小蠹科昆虫在碱基使用频率上有很大的偏向性,A+T含量高达68.3%;长小蠹科与外群之间的遗传距离(0.288~0.338)远大于科内种间距离(0~0.226);Diapus属分化最早,Euplatypus属独成一支,Treptohlatypus,Dinoplatypus和Platypus三属分化为一支。长蠹科与外群之间的遗传距离(0.229~0.348)远大于科内种间距离(0~0.259);Xylothrips属位于系统树的一支;其余种为一大支,在这一大支中,Heterobostrychus属最先分化出来,Sinoxylon属和Bostrychopsis属最后分化。长小蠹科和长蠹科分子系统进化研究结果与Wood和Bright(1992,2002),Wood(1993),Borowski和Wegrzynowicz(2007)新修订的分类系统基本一致,说明目前的长小蠹科和长蠹科的分类系统更趋于合理。