Genetic Diversity and Genetic Structure of Biting Midge Culicoides peregrinus (Diptera: Ceratopogonidae) in Northeastern Thailand

Abstract

The biting midges Culicoides peregrinus Kieffer is a blood-feeding insect and a significant vector of pathogens in animals. Understanding genetic diversity and genetic structure is crucial for designing efficient control programs. However, data on Culicoides peregrinus are limited. In this study, genetic diversity and genetic structure of C. peregrinus in northeastern Thailand were examined using sequences of the cytochrome c oxidase subunit I (COI) gene. Furthermore, genetic relationships between C. peregrinus populations in Thailand and those reported from other geographic regions available in public databases were also inferred. Maximum genetic divergent within Thai specimens is 3.83%. Genetic structure analysis revealed that most (71%, 32 from 45 population pairs) were genetically significantly different. High level of genetic differentiation between populations suggest limited gene flow. Potential to utilize diverse immature habitats and host blood sources possibly encourage C. peregrinus to complete life cycle in a particular habitat which leading to limitation of gene flow and increase genetic differentiation between populations. Genetic relationships between Thai specimens and those from other geographic regions revealed three evolutionary lineages (A, B, and C), corresponding to their geographical origins. Lineage A represented sample from Thailand and China, lineage B from Australia, and lineage C from India and Bangladesh. These genetically divergent lineages are also agreeing with morphological variations in wing patterns. Further investigation using additional genetic markers from the nuclear genome will be useful to solve the taxonomic status of these genetic lineages.

ริ้นสกุล Culicoides peregrinus Kieffer เป็นแมลงดูดเลือดและเป็นแมลงพาหะที่สำคัญของเชื้อก่อโรคในสัตว์ ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับความหลากหลายทางพันธุกรรม และโครงสร้างทางพันธุกรรมมีส่วนสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบโปรแกรมควบคุมที่มีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามข้อมูลดังกล่าวยังมีการศึกษาน้อยมาก ในการศึกษาครั้งนี้ใช้ลำดับนิงคลีโอไทด์ของยีน cytochrome c oxidase subunit I (COI) ในไมโทคอนเดรีย เพื่อศึกษาความหลากหลายทางพันธุกรรม และโครงสร้างทางพันธุกรรมของ C. peregrinus ในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย นอกจากนี้ยังศึกษาความสัมพันธ์ทางพันธุกรรมระว่าง C. peregrinus จากประเทศไทย และประเทศอื่น ๆ ที่รายงานในฐานข้อมูลสากล ความหลากหลายทางพันธุกรรมของริ้น C. peregrinus ในประเทศไทยมีค่าสูงสุด 3.83% การวิเคราะห์โครงสร้างทางพันธุกรรมพบว่า ร้อยละ 71 (32 จาก 45 คู่เปรียบเทียบ) มีความแตกต่า'กันอย่างมีนัยสำคัญ บ่งชี้ว่ามีการถ่ายเทยีนน้อยมาก ซึ่งอาจเป็นผลมาจากความสามารถในการปรับตัวเพื่อใช้แหล่งอาศัยในระยะตัวอ่อนที่หลากหลาย นอกจากนี้ C. peregrinus ยังดูดเลือดสัตว์หลากหลายชนิด ปัจจัยเหล่านี้ส่งเสริมให้ C. peregrinus สามารถพัฒนาครบวงชีวิตได้ภายในแหล่งอาศัยเดียวโดยไม่ต้องอพยพไปยังแหล่งอาศัยอื่น ๆ ซึ่งเป็นผลให้การถ่ายเทยีนระหว่างประชากรต่ำทำให้ระดับความแตกต่างทางพันธุกรรมระหว่างประชากรสูง ความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการระหว่าง C. peregrinus ในประเทศไทยและประเทศอื่น ๆ พบว่าแยกเป็น 3 สายวิวัฒนาการ (A, B และ C) ซึ่งสายวิวัฒนาการนี้สอดคล้องกับแหล่งที่มาของตัวอย่าง โดยสายวิวัฒนาการ A เป็นตัวอย่างจากประเทศไทยและจีน สายวิวัฒนาการ B เป็นตัวอย่างจากประเทศออสเตรเลีย และสายวิวัฒนาการ C เป็นตัวอย่างจากประเทศอินเดียและบังคลาเทศ ความแตกต่างทางพันธุกรรมระหว่างสายวิวัฒนาการนี้สอดคล้องกับรายงานความแปรผันของลักษณะจุดบนปีกของ C. peregrinus ดังนั้นการศึกษาเพิ่มเติมโดยใช้เครื่องหมายทางพันธุกรรมจากยีนอื่นในนิวเคลียส์ดีเอ็นเอจะช่วยให้สามารถอธิบายสถานะทางอนุกรมวิธานของสายวิวัฒนาการที่แตกต่างกันนี้ได้