張桂芬,劉萬(wàn)學(xué),郭建洋,張毅波,萬(wàn)方浩*中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所,植物病蟲(chóng)害生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 0093;農(nóng)業(yè)部外來(lái)入侵生物預(yù)防與控制研究中心,北京 0008
番茄潛葉蛾Tuta absoluta(Meyrick),又名番茄麥蛾,是鱗翅目麥蛾科的一種重要害蟲(chóng)。番茄潛葉蛾起源于南美洲,1917年首次在秘魯?shù)娜f(wàn)卡約發(fā)現(xiàn)并被描述,20世紀(jì)中葉開(kāi)始在南美洲蔓延。該蟲(chóng)于1955年從秘魯傳播到智利南部的圣地亞哥,1964年從智利擴(kuò)散到阿根廷的門多薩省,15年后在巴西的巴拉那州莫雷蒂斯縣發(fā)現(xiàn)。目前,番茄潛葉蛾已在南美洲的阿根廷、玻利維亞、巴西、智利、哥倫比亞、厄瓜多爾、巴拉圭、秘魯、烏拉圭、委內(nèi)瑞拉等國(guó)大面積發(fā)生危害,是當(dāng)?shù)胤训臍缧院οx(chóng)之一(Cifuentes et al.,2011;EPPO,2005)。2004 年歐洲和地中海植物保護(hù)組織將其列為A1類檢疫性有害生物;然而,隨著國(guó)際貿(mào)易往來(lái)的日趨頻繁,2006年底在西班牙東部卡斯特利翁的一間溫室中發(fā)現(xiàn)了番茄潛葉蛾的危害(Desneux et al.,2010);之后,很快便在摩洛哥、突尼斯、芬蘭等20多個(gè)國(guó)家發(fā)現(xiàn),近期又在希臘、埃及、約旦和伊拉克東北部發(fā)現(xiàn)其危害,使番茄生產(chǎn)遭受了嚴(yán)重打擊,堪稱世界番茄和馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的大敵(Cifuentes et al.,2011;CIP,1996;Desneux et al.,2010;EPPO,2005;Roditakis et al.,2010)。番茄潛葉蛾在歐盟各國(guó)的快速傳播蔓延,主要是由于番茄果實(shí)及其種苗在歐洲各國(guó)的隨意調(diào)運(yùn)。因此,美國(guó)農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物健康檢驗(yàn)局針對(duì)番茄潛葉蛾制定了嚴(yán)格的檢疫條例及詳細(xì)的操作程序,嚴(yán)禁從疫區(qū)國(guó)家進(jìn)口番茄及茄子果實(shí)以及茄屬、曼陀羅屬、煙草屬和番茄屬種苗,不得使用盛裝過(guò)上述物品的包裝箱等,以嚴(yán)防番茄潛葉蛾的傳入(USDA-APHIS,2012)。
番茄潛葉蛾以茄科的番茄為主要寄主植物,也可為害茄子、馬鈴薯、青椒、人參果、煙草等經(jīng)濟(jì)作物,龍葵、銀葉葵、擬刺茄、皂味茄等非栽培茄科植物,以及多刺曼陀羅、曼陀羅、光煙草等天然茄科植物;有報(bào)道稱,番茄潛葉蛾還可為害茄科的燈籠果和豆科的豇豆,以及茄科枸杞屬和錦葵科錦葵屬的植物等。番茄潛葉蛾可在寄主植物的整個(gè)生長(zhǎng)期進(jìn)行為害,露地及保護(hù)地番茄均可嚴(yán)重受害(Balzan& Moonen,2012;Desneux et al.,2010;EPPO,2005)。如若防控不及時(shí),番茄減產(chǎn)可達(dá)80% ~90%,甚至絕收;番茄產(chǎn)業(yè)遭受的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)50%~100%。番茄潛葉蛾為小型蛾類昆蟲(chóng),成蟲(chóng)主要將卵產(chǎn)于葉片背面或正面,以及芽、嫩莖或綠色果實(shí)上;幼蟲(chóng)孵化后潛入葉片、莖稈或果實(shí)內(nèi)取食為害,老熟幼蟲(chóng)主要在土壤中化蛹,也可在葉片表面或潛道內(nèi)化蛹(Desneux et al.,2010;EPPO,2005;To?evski et al.,2011;USDA-APHIS,2012)。在南非,除番茄潛葉蛾以外,斑潛蠅屬昆蟲(chóng)也是番茄上的重 要 害 蟲(chóng) (Leite et al.,2004;Miranda et al.,2005)。
物種特異性 PCR(species-specific PCR,SSPCR)檢測(cè)技術(shù)具有譜帶單一的特點(diǎn)(張桂芬等,2012);而線粒體DNA(mitochondrial DNA,mtDNA)為多拷貝,在等量樣品中更容易被放大和使用(Lin&Danforth,2004)。因此,基于mtDNA細(xì)胞色素C氧化酶亞基Ⅰ基因(cytochrome c oxidase subunitⅠ,COⅠ)的SS-COⅠ技術(shù)在入侵害蟲(chóng)檢測(cè)監(jiān)測(cè)中已逐漸得到應(yīng)用(張桂芬等,2012;Zhang et al.,2011)。本研究采用SS-COⅠ技術(shù)與方法,從檢測(cè)阻截的角度,研究番茄潛葉蛾快速檢測(cè)技術(shù);同時(shí),以我國(guó)常見(jiàn)的美洲斑潛蠅Liriomyza sativae Blanchard、南美斑潛蠅L.huidobrenisis(Blanchard)、三葉草斑潛蠅 L.trifolii(Burgess)、蔥斑潛蠅 L.chinensis(Kato)、豌豆?jié)撊~蠅 Phytomyza horticola Goureau、桃潛葉蛾Lyonetia clerkella L.等6種潛葉類害蟲(chóng)為參照進(jìn)行種特異性檢驗(yàn),以梯度稀釋的單頭成蟲(chóng)DNA及其卵和成蟲(chóng)殘?bào)wDNA為模板進(jìn)行靈敏性檢驗(yàn),以期為番茄潛葉蛾的快速檢測(cè)與準(zhǔn)確識(shí)別提供依據(jù),為有效防范番茄潛葉蛾入侵我國(guó)提供技術(shù)保障。
番茄潛葉蛾由西班牙農(nóng)業(yè)與食品技術(shù)研究所(IRTA)贈(zèng)送,室內(nèi)飼養(yǎng)種群,寄主植物為番茄;美洲斑潛蠅飼養(yǎng)于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所南區(qū)溫室,寄主植物為菜豆;南美斑潛蠅采自云南省昆明市呈貢縣蔬菜生產(chǎn)基地,寄主植物為芹菜;三葉草斑潛蠅由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院昆蟲(chóng)生態(tài)研究室贈(zèng)送,寄主植物為番茄;豌豆?jié)撊~蠅采自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院院內(nèi)花園,寄主植物為二月蘭;蔥斑潛蠅和桃潛葉蛾采自中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院廊坊科研中試基地,寄主植物分別為大蔥和桃樹(shù)。
潛葉類害蟲(chóng) DNA的提取參照 To?evski et al.(2011)和張桂芬等(2012)的方法,并稍加改進(jìn)。分別取單頭番茄潛葉蛾、美洲斑潛蠅、南美斑潛蠅、三葉草斑潛蠅、蔥斑潛蠅、豌豆?jié)撊~蠅、桃潛葉蛾等潛葉類害蟲(chóng)成蟲(chóng),放入1.5 mL離心管中,加入液氮后以玻璃研磨棒充分研磨,然后以220 μL緩沖液(50 mmol·L-1Tris-HCl、1 mmol·L-1EDTA、1%SDS、20 mmol·L-1NaCl,pH 8.0)分2 次清洗研磨棒。充分混勻后,加入5 μL蛋白酶K(20 mg·mL-1),于60℃水浴1 h(中途混勻1次);然后,沸水浴8 min,加入 220 μL 氯仿/異戊醇(v∶v=24∶1)抽提液,輕柔混勻數(shù)十次后,冰上放置30 min;4℃、12000 r·min-1離心20 min,取上清液約400 μL移入另一離心管,加入800 μL預(yù)冷的無(wú)水乙醇,輕輕混勻,待出現(xiàn)少量絮狀沉淀后于-20℃放置30 min;4℃、12000 r·min-1離心20 min,小心棄去上清液。加入500 μL預(yù)冷的75%乙醇洗滌,4℃、12000 r·min-1離心15 min,小心棄去上清液;然后將離心管倒扣于潔凈濾紙上,自然干燥30 min后每管加入100 μL超純水,充分溶解后于-30℃保存?zhèn)溆谩?/p>
從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用已知的番茄潛葉蛾mtDNA COⅠ基因序列(GenBank登錄號(hào)為 JN417242.1;To?evski et al.,2011),運(yùn)用軟件 Primer Premier 5 將番茄潛葉蛾與美洲斑潛蠅、南美斑潛蠅、三葉斑潛蠅、蔥斑潛蠅、豌豆?jié)撊~蠅、桃潛葉蛾等的COⅠ序列進(jìn)行比對(duì)分析(Scheffer et al.,2006;Wang et al.,2011)。選取變異位點(diǎn)較多的區(qū)段,并根據(jù)該區(qū)段的堿基序列設(shè)計(jì)1對(duì)番茄潛葉蛾特異性引物TAZJCE1/TAZJCF1,上游引物堿基序列為AGAATCGTAGAAAATGGAGCAGGTA,下游引物堿基序列為CTGGCAATGATAAAAGAAGGAG(上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司協(xié)助合成),引物擴(kuò)增片段大小為256 bp。
分別以單頭美洲斑潛蠅、南美斑潛蠅、三葉草斑潛蠅、蔥斑潛蠅、豌豆?jié)撊~蠅以及桃潛葉蛾DNA為模板,番茄潛葉蛾為陽(yáng)性對(duì)照,檢驗(yàn)番茄潛葉蛾特異片段擴(kuò)增引物TAZJCE1/TAZJCF1的種特異性。反應(yīng)體系為25 μL,包含 10 × PCR buffer 2.5 μL、dNTP(10 mmol·L-1)0.5 μL、Taq 聚合酶(5 U·μL-1)0.25 μL(美國(guó) NEB 公司)、上游引物和下游引物(10 pmol·L-1)各 0.5 μL、模板 DNA 2.0 μL、超純水18.75 μL。擴(kuò)增程序:94℃預(yù)變性5 min;30個(gè)循環(huán):94℃ 30 s、58℃ 30 s、72℃ 50 s;最后72℃延伸5 min。擴(kuò)增反應(yīng)在ABI-9700 PCR基因擴(kuò)增儀上運(yùn)行。取5 μL PCR擴(kuò)增產(chǎn)物在1.0%(質(zhì)量)瓊脂糖(amresco)凝膠上以90 V電泳(Bio-Rad PowerPac Basic)分離45 min,然后以GelDoc Universal HoodⅡ型凝膠成像系統(tǒng)(Bio-Rad Laboratories)分析電泳結(jié)果。每個(gè)種類分別檢測(cè)10頭。
分別以提取的番茄潛葉蛾的卵以及成蟲(chóng)殘?bào)w[包括單根觸角、頭部、胸部(1/2胸長(zhǎng))、腹部(1/5腹長(zhǎng))、前翅、后翅、前足、中足、后足]的DNA作為模板,對(duì)靶標(biāo)片段擴(kuò)增效果進(jìn)行檢驗(yàn),卵或成蟲(chóng)殘?bào)w分別檢測(cè)8粒(卵)或8頭(成蟲(chóng)殘?bào)w)。此外,取單頭雌性成蟲(chóng)原模板DNA溶液2 μL(80 ng·μL-1)以2倍遞減梯度稀釋至4.88 pg·μL-1,然后以不同濃度的 DNA 為模板(即80 ×103、40 ×103、20 ×103、10 ×103、5.0 × 103、2.5 × 103、1.25 × 103、625.0、312.5、156.25、78.125、39.06、19.53、9.76 和 4.88 pg·μL-1,相當(dāng)于 1/50、1/100、1/200、1/400、1/800、1/1600、1/3200、1/6400、 1/12800、 1/25600、 1/51200、1/102400、1/204800、1/409600、1/819200 頭雌性成蟲(chóng))測(cè)定最低檢出閾值,共測(cè)驗(yàn)10頭。
以番茄潛葉蛾及其他潛葉類昆蟲(chóng)的DNA為模板,以所設(shè)計(jì)的特異性引物TAZJCE1/TAZJCF1進(jìn)行PCR擴(kuò)增。檢測(cè)結(jié)果顯示,該引物只對(duì)番茄潛葉蛾具有擴(kuò)增能力,對(duì)其他種類的潛葉類害蟲(chóng)不具有擴(kuò)增效果,表明該引物為番茄潛葉蛾的特異性引物(圖1)。
以番茄潛葉蛾的卵及成蟲(chóng)殘?bào)wDNA為模板,以特異性引物TAZJCE1/TAZJCF1進(jìn)行PCR擴(kuò)增。電泳檢測(cè)結(jié)果顯示,無(wú)論是單粒卵、成蟲(chóng)的單根觸角、頭部、胸部、腹部,還是成蟲(chóng)的足和膜質(zhì)的翅,均能擴(kuò)增出清晰的靶標(biāo)條帶(圖2)。
當(dāng)將單頭雌性成蟲(chóng)的DNA模板進(jìn)行遞減梯度稀釋至312.5 pg·μL-1(相當(dāng)于 1/12800 頭)時(shí),所有的個(gè)體均能擴(kuò)增出特異性的靶標(biāo)片段;當(dāng)稀釋為156.25 pg·μL-1時(shí),尚有 50% 的個(gè)體可擴(kuò)增出清晰的條帶(圖3)。
圖1 SS-COⅠ引物TAZJCE1/TAZJCF1對(duì)番茄潛葉蛾及其他潛葉類害蟲(chóng)的擴(kuò)增結(jié)果Fig.1 Amplification pattern of mitochondrial DNA of Tuta absoluta and its related leafminer species using SS-COⅠ primers TAZJCE1/TAZJCF1
圖2 SS-COⅠ引物TAZJCE1/TAZJCF1對(duì)番茄潛葉蛾卵及成蟲(chóng)殘?bào)w的擴(kuò)增結(jié)果Fig.2 Amplification pattern of mitochondrial DNA from egg and adult debris of Tuta absoluta using SS-COⅠ primers TAZJCE1/TAZJCF1
圖3 SS-COⅠ引物TAZJCE1/TAZJCF1對(duì)番茄潛葉蛾的最低檢出量Fig.3 The detection efficiency for Tuta absoluta diluted female adult mitochondrial DNA using SS-COⅠ primers TAZJCE1/TAZJCF1
番茄潛葉蛾為寡食性害蟲(chóng),以幼蟲(chóng)在茄科植物的葉片、頂芽、嫩莖、花蕾、萼片、幼果等部位潛食或蛀食為害,嚴(yán)重影響茄科蔬菜、煙草及觀賞植物的產(chǎn)量和質(zhì)量,蛀食幼果形成的孔洞極易招致次生病原物寄生,導(dǎo)致幼果大量腐爛,若防控不及時(shí)或措施不得當(dāng),會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)甚至絕收(Desneux et al.,2010;EPPO,2005;To?evski et al.,2011;USDA-APHIS,2012)。番茄潛葉蛾常以卵或藏匿在寄主植物組織中的幼齡幼蟲(chóng),以及土壤中的蛹隨番茄果實(shí)、茄科植物或觀賞植物種苗遠(yuǎn)距離傳播擴(kuò)散。我國(guó)目前雖尚沒(méi)有番茄潛葉蛾發(fā)生的報(bào)道,但該蟲(chóng)在許多國(guó)家危害嚴(yán)重,且適生區(qū)范圍廣泛(Desneux et al.,2010;Povolny,1975),進(jìn)一步傳播擴(kuò)散趨勢(shì)明顯。因此,快速、準(zhǔn)確鑒定番茄潛葉蛾是有效防止其侵入我國(guó)、保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和生態(tài)安全的必要前提,而以往的比較形態(tài)學(xué)鑒定法無(wú)法滿足快速鑒定和有效阻截的基本需求。本研究采用的SSCOⅠ分子標(biāo)記技術(shù)特異性強(qiáng),可以區(qū)分番茄潛葉蛾與其他常見(jiàn)的潛葉類害蟲(chóng)。此外,該技術(shù)靈敏度高,不僅可以檢測(cè)番茄潛葉蛾的單粒卵,還可檢測(cè)單根觸角、頭部、胸部、腹部以及膜質(zhì)的翅和角質(zhì)化程度較高的足等成蟲(chóng)殘?bào)w;當(dāng)以梯度稀釋的成蟲(chóng)DNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增時(shí),其最低檢測(cè)閾值為312.5 pg·μL-1,相當(dāng)于 1/12800 頭雌性成蟲(chóng)。對(duì)靶標(biāo)序列的測(cè)序及GenBank比對(duì)結(jié)果顯示,該片段與番茄潛葉蛾的同源性為 100%(Betta?bi et al.,2012;To?evski et al.,2011),而與其他昆蟲(chóng)的同源性均低于 92%(http:∥blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)。這表明該檢測(cè)技術(shù)可用于口岸農(nóng)產(chǎn)品國(guó)際貿(mào)易中番茄潛葉蛾的檢測(cè)。
目前,已有多種分子標(biāo)記技術(shù)用于潛葉類害蟲(chóng)的種類鑒定,如RAPD(random amplification of polymorphic DNA) 技術(shù)(邱一中等,2000; ??l et al.,2006)、RFLP(restriction fragment length polymorphism)技術(shù)(陳萍等,2002;Scheffer et al.,2001)、多重PCR技術(shù)(Miura et al.,2004)以及 DNA條形碼技術(shù)(Scheffer et al.,2006)等曾用于斑潛蠅屬害蟲(chóng)的鑒定研究,且均取得了較好的效果。但上述方法各有優(yōu)缺點(diǎn),或?qū)Νh(huán)境因子的變化較為敏感如RAPD技術(shù),或操作繁瑣且DNA需求量比較大如RFLP技術(shù),或需要對(duì)PCR產(chǎn)物進(jìn)行回收、純化、測(cè)序及序列比對(duì)分析等如DNA條形碼技術(shù)。SSCOⅠ技術(shù)由COⅠ標(biāo)記技術(shù)轉(zhuǎn)化而來(lái),具有重現(xiàn)性好、檢測(cè)靈敏度高,且譜帶單一等諸多優(yōu)點(diǎn),因此適宜于大規(guī)模快速檢測(cè)分析(張桂芬等,2012)。
致謝:海南大學(xué)環(huán)境與植物保護(hù)學(xué)院的江雅琴同學(xué)協(xié)助完成部分試驗(yàn),特表感謝!
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