薇甘菊(Mikania micrantha)是一种快速生长的全球性入侵杂草,广泛分布在热带和亚热带地区。薇甘菊的入侵会对当地自然生态系统造成严重破坏,并对森林和作物生产造成巨大的经济损失。它在光合作用方面具有优势,其净光合速率与C4植物相近,固碳能力较高。研究表明薇甘菊的光合能力是其快速生长和快速殖民新栖息地的重要原因之一。然而,目前尚没有研究揭示薇甘菊光合作用的进化机制和昼夜规律。本研究采用基因组学和转录组学相结合的方法,揭示了薇甘菊光合作用的进化机制和昼夜表达模式。结果显示,在薇甘菊中有16个正选择基因,主要集中于光反应和光同化物的利用两个过程中,并且叶绿素a/b结合蛋白、苹果酸脱氢酶、丙酮酸正磷酸二激酶和苹果酸酶家族的基因数量与C4植物(高粱或玉米)相似,显著高于其他植物。在不同组织中,98.1%与光反应相关的基因在茎中具有较高表达,C4循环相关的基因中有一半以上在茎中高于叶中的表达。气孔开闭过程中,2个碳酸酐酶基因在18:00的表达量高于8:00,SLAC1和HT1基因在18:00表达量最低。此外,与光合作用相关的基因在7:00和17:00表达量较高。因此我们推测,薇甘菊能够在茎和花器官中进行光合作用,并且叶片的一些气孔在夜间能够通过CO2信号打开。此外,它的进化可能会减弱高光强时的光抑制,并在低光强时提高光合作用的效率。组织特异性光合类型和光合相关基因的不同昼夜模式可能有助于薇甘菊在新栖息地的快速定植。薇甘菊可能通过这些变化增加了它的种间优势和侵袭性。本文的研究结果为了解薇甘菊的光合作用机制及其控制和生物利用度提供了有价值的信息。
农作物害虫的传播扩散和气候变化下农作物和害虫之间复杂的相互作用威胁着全球粮食安全。窄缘施夜蛾是中国南方新发的马铃薯害虫,在中国马铃薯产区造成马铃薯减产和质量下降,对窄缘施夜蛾的早期预警监测可以对中国的农业生产起到保护作用。本研究利用最优的MaxEnt模型识别气候变化情景下窄缘施夜蛾在中国的潜在地理分布区,为预防窄缘施夜蛾造成进一步危害提供基础。研究结果表明,最优的MaxEnt模型准确性高于默认设置的MaxEnt模型。最冷月最低温度,最干月降水量,最冷季度降水量和人类影响指数对窄缘施夜蛾的潜在地理分布有着显著的影响。窄缘施夜蛾的高度和中度适宜生境主要位于中国东部和南部地区。气候变化情景下,窄缘施夜蛾在中国的潜在地理分布区将会缩小,主要表现为高度适宜生境转化为中度适宜生境。从现代气候条件下到2030年,窄缘施夜蛾的潜在地理分布中心呈向东北方向和高纬度地区迁移的趋势。马铃薯种植区的田间覆膜为窄缘施夜蛾的生存提供了有利的微气候,我们应更加重视窄缘施夜蛾的早期预警工作,防止其在中国冬种马铃薯区域进一步扩散。
潜叶蝇(双翅目:潜蝇科)是一类体型小、物种多样的昆虫,主要以幼虫潜食寄主植物组织形成危害。该科的多个物种被认为是全球范围的入侵害虫,造成严重的农业经济损失。在中国,蔬菜和花卉等重要经济作物已受到这类害虫的严重危害,尤其是斑潜蝇。潜叶蝇种间形态相似而难以区分。在中国,潜叶蝇类农业害虫的种类和发生与分布仍不明晰。为探明中国潜叶蝇类害虫的种类及其系统发育关系,本研究基于2016年到2019年间在全国开展的潜叶蝇系统调查和采样,利用形态学特征和DNA条形码技术对它们进行了识别和鉴定。共采集与鉴定有分别属于5个属的27种潜叶蝇,包括16种斑潜蝇。随后基于线粒体基因与核基因分子标记重建了它们的系统发育关系并估计分化时间,获得了高度一致且支持度较高的贝叶斯与最大似然系统发育树。发育树中斑潜蝇属分为了两个主要支系,推断它们在大约2740万年前(95%最大后验密度:2300-3152万年前)的渐新世发生分化。这两个支系之间的分布格局和寄主植物关联存在差异,其中,支系2中的物种分布于凉爽气候的高纬度地区,表明斑潜蝇属可能已经分化出一个适应凉爽气候环境的谱系。
重大农业入侵害虫草地贪夜蛾原产于美洲,自2016年首次被发现入侵尼日利亚和加纳以来,短短3年时间内迅速入侵至47个非洲国家和18个亚洲国家。由于该虫寄主范围广(至少包含353种寄主植物)、能够适应多种生境、超强的迁飞能力、高繁殖力、暴食性,以及快速发展的农药抗性和病毒抗性等内在优势,是导致其具有入侵性的重要原因,目前已被公认为全球范围内的超级害虫。该害虫的综合治理策略主要依靠监测调查、农业防治、化学防治、病毒制剂、性诱剂、生物防治(寄生性天敌、捕食性天敌和昆虫病原体),以及植物源农药等多种防治策略的综合应用。目前尚需要进一步研究的主要内容包括:(1)明确草地贪夜蛾的入侵机制,(2)如何阻止其进一步扩散,(3)提供更有效的防治策略。本文总结了草地贪夜蛾的生物学特性,潜在的入侵性机制,以及综合治理策略,以期为今后的治理提供参考。