近日，植物保护学院蔡万智/李虎教授团队在《Nature Communications》在线发表题为“寄生黄蜂遗传多样性在长期生物防治应用中的自然选择和维护”的研究论文“Natural Selection and Maintenance of Genetic Diversity of Parasitic Wasps in Long-term Biological Control Applications”连续生物防治应用期间寄生黄蜂遗传多样性的维持”。 本文利用群体基因组学对主要农业害虫Myzus mystifolia的优势寄生天敌进行研究，阐明虽然寄生蜂的大规模扩张和田间生物防治的应用会对该害虫的野生种群产生一定的影响。物种，强大的自然选择可以维持野生种群的“基因库”。 如果一些重要的功能位点发生变化，就会被自然选择及时淘汰，从而保持野生寄生蜂种群的遗传多样性和环境适应性。
生物防治是防治农作物病虫害的重要防治措施。 利用生物或其产品将病虫害控制在经济损失水平阈值以下，合理利用天敌昆虫“以虫治虫”是一条至关重要的途径。 吉丰蚜虫(Aphidius gifuensis)作为桃蚜的优势寄生蜂，在蚜虫防治中发挥着重要作用，并在农业生产中实现了规模化推广和商业化利用。 但长期大规模养殖很容易造成种群下降、繁殖力降低、寄生效率降低等问题。 持续大规模的人工释放和利用还可能面临影响野生种群多样性和适应性的风险。 因此，迫切需要对天敌昆虫生物防治过程中的生态安全性进行系统评估。
本研究采集了全国烟草3个类型种群，其中野生个体265个，规模养殖个体160个，长期实施生物防治的田间采集个体117个。 首先，利用线粒体基因组和单核苷酸多态性（SNP）揭示了巴西蚜野生种群的遗传进化史：云南种群具有较高的遗传多样性，与其他地理种群具有显着的遗传差异。 并且它位于系统发育树的底部，推测它是该寄生蜂大陆种群的早期起源和分化中心（图1）。 同时也表明，云南人群的基因组信息可以用来辅助推断其他地区人群的祖先状况。
图1 茧蜂野生种群的遗传结构、系统发育和种群历史动态
研究人员发现，野生种群基因组中大量SNP位点的等位基因频率（AF）与采集地点的经纬度显着相关，表明这些变异位点AF的变化可能是环境适应过程中的结果。是从云南传播过来的。 性相关（图2A）； 而SNP位点与经纬度的相关性越强，非同义突变位点（Nonsyn）的比例越高（图2B），与周围同义突变Syn位点的联动性也越强（图2C）。 这进一步表明，Nonsyn位点在种群扩散和环境适应过程中可能受到强烈的自然选择，而周围的中性位点也因“搭便车效应”而表现出很强的连锁性（图2D）。
图2 烟草野生种群的环境适应性
基于上述对烟草野生种群遗传结构和历史动态的分析，研究人员比较了野生、规模繁育和田间放流三类种群的遗传多样性，发现与野生烟草相比，群体中，大规模繁育群体表现出较低的核苷酸多样性、较高的遗传连锁和近交水平，表明大规模繁育和田间放流群体的遗传多样性有所下降，可能对野生种群的遗传多样性。
研究人员利用云南野生种群及密切相关物种的基因组序列推断特定区域野生种群的祖先序列，并计算了从祖先到现在等位基因频率AF的变化，记录为ΔAF（图3A）。 排除与环境适应性显着相关的位点后，ΔAF代表受本地释放种群影响的地区野生种群变化的幅度（图3B）。 如果具有重要功能的nonsyn位点发生变化，往往会被自然选择淘汰，因此其ΔAF会受到抑制，表现出“强烈受影响位点”的Nonsyn/Syn比值较低（图3C）。 研究人员选取了两个采样量足够的野生种群和所有非云南种群的集合进行AF统计分析。 结果表明，基因组上重要位点的变化确实受到自然选择的影响（图3D）。
图3 自然选择限制了人工释放种群对野生烟草种群的影响。
综上所述，虽然大规模繁殖种群的释放必然会对野生种群的遗传多样性产生影响，但自然选择的强大力量可以维持野生种群的“基因库”； 如果一些重要的功能位点发生变化，就会通过自然选择及时被淘汰，从而保持野生种群的多样性和环境适应性。 本研究工作在一定程度上说明了目前大规模利用烟草小茧蜂进行蚜虫生物防治的定殖效果和生态安全性； 通过本研究，建立了较为全面的烟草烟草种群基因组遗传数据库。 这为今后继续开展该天敌野外释放应用的遗传多样性监测、危害控制效果和生态安全评价奠定了基础。
中国农业大学植物保护学院李虎教授为该论文的最终通讯作者。 博士后李丙彦和段远阁副教授为该论文的共同第一作者。 团队蔡万智教授、宋帆副教授、田力副教授参与了该项目。 工作。 该研究得到国家自然科学基金、烟草绿色防治重大科技专项、中国农业大学2115人才培养发展计划、博士后国际交流计划的支持。 近年来，团队对周期蝉（MBE，2019）、斑蜡蝉（Evolutionary Applications，2021）、豆蓟马（Scientific data，2023）、花蓟马（IJBM，2023）、寄生虱（Systematic Biology）等开展了研究，2019；GigaScience，2024），在重要农林健康害虫和天敌昆虫的群体遗传学和基因组学方面取得一系列研究进展。
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供稿：植物保护学院
图片提供：植物保护学院
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