菜粉蝶(Pieris rapae)是鳞翅目(Lepidopetera)中有名的农业害虫。它的幼虫主要危害十字花科植物,每年给我国造成巨大的经济损失。菜粉蝶的分布范围极广,覆盖多种不同的地形和气候,目前已成为世界上数量最多,破坏力最大的蝶类之一。近年来,随着测序技术的发展和基因组学方法的不断更新,群体遗传学为研究害虫的适应性进化和入侵特征提供了难得的机遇,为生物防治注入了新的动力。然而长期以来,关于菜粉蝶的研究主要集中在防治策略、免疫机制、线粒体基因组、生态毒理等方面。菜粉蝶群体遗传方面的报道还相对较少,大多研究仅局限于使用有限的基因片段作为分子标记,难以提供足够的遗传分辨力。故本论文基于全基因组重测序技术,并采用基因组广泛分布的单核苷酸多态性位点(SNP)作为遗传标记,系统地比较了中国19个不同地区51只菜粉蝶样本之间的遗传差异,以期从群体变异、遗传结构、群体历史、群体选择进化以及线粒体遗传等方面来揭示菜粉蝶群体的遗传进化特点。本论文主要研究内容与结果如下:(1)本研究对51只菜粉蝶成虫进行了全基因组测序,共产生了115 Gb的原始数据。通过质控后比对到参考基因组,并进行变异类型的检测,分别鉴定了4,696,801个SNP,894,367个Indel,3,941个CNV以及974个SV。基因组上每Kb平均有18.32个SNP和3.6个Indel,这表明菜粉蝶基因组有着非常密集的变异图谱。(2)为了研究不同地理群体之间的遗传差异,根Baricitinib IC50据地理来源将51只菜粉蝶样本初步划分为四个地理群体,分别为北方,沿海,东南和西南群体。综合祖先成分分析,主成分分析以及进化树的结果推断菜粉蝶群体的遗传结构。结果表明,中国地区菜粉蝶没有明显的遗传结构。除了个别岛屿地形(上海崇明),山地及盆地(中国西南地区)等相对封闭地区的样本外,其余各地区样本确认细节的遗传组成显示出高度混合的现象,这也可能暗示了不同地理群体的菜粉蝶之间基因交流密切。(3)采用PSMC模型分析菜粉蝶四个地理群体的历史有效群体大小。结果表明,菜粉蝶历史上有效群体的减少与冰川期发生的时间基本吻合,而有效群体在温暖的间冰期有一定的增加。使用Treemix软件分析基因流发现,沿海群体有可能向西南群体发生一次基因流动。(4)为了探索菜粉蝶群体之间的遗传多样性,本文基于全基因组SNP数据分别计算了四个地理群体的杂合度、Tajima’s D值,核苷酸多样性以及连锁不平衡衰减情况。结果表明,菜粉蝶群体的平均杂合度为0.231。栖息于平原地区的北方群体的杂合度(0.2833),Tajima’s D值和核苷酸多样性(4.38‘10-3)均最高,LD衰减也最快。而分布在岛屿的沿海群体的杂合度(0.1724)和核苷酸多样性(4.08‘10-3)最低,LD衰减也最慢。此外,本文还通过计算固定hepatitis-B virus分化指数(FST)来评估各群体间的分化程度。结果表明,群体间FST在0.059-0.098之间,各群体间的遗传分化水平低。(5)为了比较不同纬度或不同气候对菜粉蝶群体的影响,将西南和东南群体合并为南方群体,与北方群体进行比较。基于FST和θπ的选择消除分析方法筛选得到南北方群体的受选择的基因。GO和KEGG富集分析结果表明,受选择基因可能与菜粉蝶的温度刺激,免疫应答,生长发育以及神经调节有关,从而推测这些基因有可能参与了菜粉蝶对不同生境的适应性进化过程。(6)线粒体特征分析表明,各群体具有较高的线粒体单倍型多样性。系统发育结果表明南北方群体的单倍型之间出现混合分布的情况,没有形成与地理位置对应的地理谱系。这进一步证明了中国地区的菜粉蝶没有明显的遗传结构,也进一步暗示了菜粉蝶群体之间频繁的基因交流。综上所述,本研究基本展现了中国地区菜粉蝶的群体遗传学特征,揭示了菜粉蝶地理群体空间分布的内在遗传联系,对菜粉蝶的遗传多样性和进化历史有着重要意义,并且为菜粉蝶的局部防治,病虫害防治及分子系统地理学研究提供依据。