近日，植物保护学院彩万志/李虎教授团队在《自然·通讯》（ Nature Communications ）在线发表了题为《寄生蜂在长期生物防治应用中受到的自然选择及其遗传多样性的维持》“ Natural selection and genetic diversity maintenance in a parasitic wasp during continuous biological control application ”的研究论文。该论文通过对重大农业害虫桃蚜的优势寄生性天敌烟蚜茧蜂的群体基因组学研究，阐明了寄生蜂的大规模扩繁和田间生物防治应用虽然会对该物种野生种群产生一定影响，但强大的自然选择作用可维持野生种群的“基因池”，一些重要的功能性位点如果发生变化，会被自然选择及时清除，从而保持野生寄生蜂种群的遗传多样性与环境适应性。

生物防治是农作物病虫害防治工作中的一项重要防控措施，通过利用生物或其产物将病虫害控制在经济损害水平阈值以下，而合理利用天敌昆虫“以虫治虫”是至关重要的途径。烟蚜茧蜂 Aphidius gifuensis 作为桃蚜的优势寄生蜂，在蚜虫防治中发挥重要作用，已在农业生产中实现规模化扩繁和商品化利用。然而，长期规模化繁育容易造成其种群衰退、繁殖力降低、寄生效率下降等问题。持续大规模的人工释放利用也可能存在对野生种群的多样性及适合度产生影响的风险。因此，亟需就天敌昆虫生物防控过程中的生态安全性开展系统性的评估。

该研究在全国范围分别采集了烟蚜茧蜂的三类种群，包括265头野生个体、160头规模化繁育个体和117头在长期实施生物防治的田间采集的个体。首先，利用线粒体基因组和单核苷酸多态性位点（SNPs）揭示了烟蚜茧蜂野生种群的遗传进化历史：云南种群具有较高的遗传多样性，与其他地理种群间遗传差异显著，且位于系统进化树基部，推测其为该寄生蜂大陆种群的早期起源分化中心（图1）。同时，也表明云南种群基因组信息可用于辅助推测其它地区种群的祖先状态。

图1 烟蚜茧蜂野生种群的遗传结构、系统发育与种群历史动态

研究者发现野生种群基因组中有大量SNP位点的等位基因频率（AF）与采集地的经纬度呈现显著相关性，表明这些变异位点AF的改变可能与其从云南向外扩散过程中的环境适应性相关（图2A）；且与经纬度相关性越强的SNP位点，非同义突变位点（Nonsyn）占的比例越高（图2B），其与周围同义突变Syn位点的连锁也越强（图2C）。进一步表明Nonsyn位点可能在种群扩散与环境适应过程中受到强烈地自然选择，周围的中性位点也因“搭车效应”而表现出强连锁（图2D）。

图2  烟蚜茧蜂野生种群的环境适应性

基于以上对烟蚜茧蜂野生种群的遗传结构及历史动态的解析，研究者通过比较野生、规模化繁育及田间释放三类种群的遗传多样性，发现相比于野生种群，规模化繁育种群表现出较低的核苷酸多样性、较高的遗传连锁和近交水平，表明规模化繁育及田间释放种群经历了遗传多样性的降低，可能会对野生种群遗传多样性产生潜在威胁。

研究者利用云南野生种群及近缘物种基因组序列来推断特定地区野生种群的祖先序列，并计算等位基因频率AF从祖先到现今发生的变化，记为ΔAF（图3A）。排除与环境适应性显著相关的位点后，ΔAF表征了该地区野生种群受到本地释放种群影响所发生的变化大小（图3B）。如果具有重要功能的Nonsyn位点发生变化，往往会被自然选择清除，故其ΔAF会受到抑制，呈现出“受影响较强的位点”的Nonsyn/Syn比值更低（图3C）。研究者选取了取样量足够的两个野生种群及所有非云南种群的合集进行AF统计分析，结果都表明，基因组上重要位点的变化确实会受到自然选择约束（图3D）。

图3 自然选择约束了烟蚜茧蜂野生种群受到人工释放种群的影响

综上所述，虽然规模化繁育种群的释放不可避免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维持野生种群的“基因池”；一些重要的功能性位点如果发生变化，会被自然选择及时清除，从而保持野生种群的多样性与环境适应性。该项研究工作在一定程度上说明了目前大规模利用烟蚜茧蜂进行蚜虫生物防治工作的定殖效果和生态安全性；且通过该研究建立了较全面的烟蚜茧蜂群体基因组遗传数据库，为未来持续开展该天敌田间释放应用的遗传多样性监测、控害效果和生态安全性评价奠定了基础。

中国农业大学植物保护学院李虎教授为论文最后通讯作者，在站博士后李冰艳和段元格副教授为论文共同第一作者，团队彩万志教授、宋凡副教授、田里副教授等参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金、烟草绿色防控重大科技项目、中国农业大学2115人才培育发展计划、博士后国际交流计划等项目的支持。该团队近年来在周期蝉（MBE,  2019）、斑衣蜡蝉（Evolutionary Applications, 2021）、豆大蓟马（Scientific data, 2023）、花蓟马（IJBM, 2023）、寄生虱（Systematic Biology, 2019; GigaScience, 2024）等重要农林卫生害虫和天敌昆虫的种群遗传和基因组学方面取得了一系列研究进展。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-45631-2