【摘要】：昆蟲的寄主適應(yīng)性研究是種群分化的重要基礎(chǔ),也是協(xié)同進(jìn)化理論的研究熱點。桃蚜(Myzus persicae)是一種廣食性的刺吸式口器害蟲,其寄主范圍廣,為害能力強(qiáng),在不同的寄主植物上分化出不同的生物型,研究這些生物型與寄主植物的分子互作及其適應(yīng)性機(jī)制,可以深入理解廣食性害蟲的種群暴發(fā)機(jī)理,為害蟲防治提供理論基礎(chǔ)。本研究以煙草(Nicotiana tabacum L.)和甘藍(lán)(Brassica oleracea L.)上兩種生物型桃蚜為研究對象,以煙草為寄主植物,以植物的誘導(dǎo)抗性和昆蟲的適應(yīng)性機(jī)制為主線,從植物激素抗性途徑、次生代謝產(chǎn)物、蚜蟲唾液蛋白和中腸解毒酶等方面開展研究,主要結(jié)果如下:(1)利用刺探電位儀(electrical penetration graph,EPG)分析桃蚜的取食行為,發(fā)現(xiàn)在煙草上取食,甘藍(lán)型桃蚜的刺探次數(shù)(potential drops,pd波)顯著多于煙草型桃蚜,而韌皮部被動取食(phloem ingestion,E2波)持續(xù)時間顯著少于煙草型桃蚜;然而,在甘藍(lán)上取食過程中,兩種生物型桃蚜在取食行為上沒有顯著差異。通過實時熒光定量PCR(qPCR)比較兩種生物型桃蚜為害后,植物誘導(dǎo)抗性水平的表達(dá)差異,發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)型桃蚜顯著上調(diào)了煙草中絲裂原活化蛋白激酶(WIPK)和下游茉莉酸(jasmonic acid,JA)信號途徑中脂氧合酶(Lipoxygenase,LOX2)、丙二烯氧化環(huán)化酶(Allene oxide cyclase,AOC)和轉(zhuǎn)錄因子MYC2的基因表達(dá)量,而煙草型桃蚜則降低了WIPK的基因表達(dá)量。這些結(jié)果顯示兩種生物型桃蚜在煙草上取食行為的差異可能與JA誘導(dǎo)抗性途徑的調(diào)控密切相關(guān)。(2)通過外源涂抹實驗,將兩種生物型桃蚜的唾液涂抹在煙草葉片上,發(fā)現(xiàn)來源于甘藍(lán)型桃蚜的唾液上調(diào)了JA信號途徑中WIPK,LOX2,AOC和MYC2的表達(dá)量,而涂抹煙草型桃蚜的唾液上調(diào)了LOX2表達(dá)量卻下調(diào)了MYC的表達(dá)量。利用qPCR定量分析兩種生物型桃蚜唾液中重要效應(yīng)蛋白(effector)的表達(dá)差異,發(fā)現(xiàn)煙草型桃蚜效應(yīng)蛋白MpC002、Mp10、Mp42、RPS2、MIF的基因表達(dá)量均高于甘藍(lán)型桃蚜,而GroEL的表達(dá)量較低。根據(jù)前期研究,篩選了三個蚜蟲唾液效應(yīng)蛋白Mp10、Mp42和GroEL外源轉(zhuǎn)化到煙草中進(jìn)行驗證,發(fā)現(xiàn)瞬時轉(zhuǎn)染過表達(dá)Mp10、Mp42、GroEL均降低了煙草的JA相關(guān)基因的表達(dá)量。進(jìn)一步研究蚜蟲取食行為,發(fā)現(xiàn)僅有取食過表達(dá)Mp42煙草的蚜蟲減少了刺探次數(shù)并增加了韌皮部被動取食的時間。由此可見,煙草型桃蚜通過增加唾液中效應(yīng)蛋白Mp42的分泌抑制煙草JA信號通路相關(guān)抗性基因的表達(dá)。(3)利用二代測序技術(shù),研究兩種生物型桃蚜的腸道轉(zhuǎn)錄組,發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)型桃蚜相較于煙草型桃蚜上調(diào)338個基因,下調(diào)761個基因。通過KEGG分析上調(diào)基因顯著富集到37條通路,其中富集最顯著的前10條通路涉及較多的基因是組織蛋白酶B(cathepsin B)和組蛋白H_2B(Histone H_2B);下調(diào)基因顯著富集到54條通路,其中富集最顯著的前10條通路涉及較多的基因是谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(glutathione S transferase,GST)和葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶(UDP-glucuronosyl transferase)。其中與次生物質(zhì)代謝相關(guān)功能基因有組織蛋白酶B和谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶,通過顯著性差異分析篩選出5個基因,并利用qPCR定量驗證轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)甘藍(lán)型桃蚜從原始寄主甘藍(lán)轉(zhuǎn)移到煙草時谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶相關(guān)基因的表達(dá)量降低。這說明谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶可能有助于桃蚜在煙草上的取食。(4)利用高效液相色譜(HPLC)對煙草生物堿進(jìn)行定量分析,發(fā)現(xiàn)煙草型桃蚜取食為害會增加尼古丁的含量,降低可替寧的含量。甘藍(lán)型桃蚜取食為害沒有影響生物堿中尼古丁,假木賊堿以及可替寧的含量。利用EPG比較煙草型桃蚜在野生型與尼古丁缺失體煙草突變體上的取食行為,發(fā)現(xiàn)取食尼古丁突變體時蚜蟲的非刺探波(nonpenetration,np波)持續(xù)時間減少,木質(zhì)部取食(xylem,G波)時間增加,但韌皮部取食時間沒有變化。因此,盡管煙草型桃蚜上調(diào)了尼古丁同時下調(diào)了可替寧,但尼古丁的有無并未影響其韌皮部取食。綜上所述,不同寄主來源的桃蚜在煙草上取食為害展現(xiàn)了不同的取食行為和效率。煙草型桃蚜能夠分泌更多的Mp42等唾液效應(yīng)因子抑制煙草JA信號通路,一方面減少刺探頻率增加韌皮部取食時間,有利于增強(qiáng)取食效率,另一方面腸道中具有較高的谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶解毒代謝相關(guān)基因的表達(dá);相比而言,甘藍(lán)型桃蚜取食煙草時,Mp42等5種唾液效應(yīng)因子表達(dá)量較少,植物大量上調(diào)JA抗性,取食效率較低,腸道解毒代謝相關(guān)基因谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶表達(dá)也較低。進(jìn)一步對煙草中的尼古丁等三種最重要的生物堿次生代謝物進(jìn)行定量分析,發(fā)現(xiàn)尼古丁的含量并不是造成不同生物型桃蚜取食差異的原因。本文最終闡明了不同寄主來源的桃蚜生物型在煙草植株上的取食為害特征,揭示出抑制植物免疫抗性和提高自身解毒代謝對寄主轉(zhuǎn)換的重要作用,豐富了物種間分子互作研究和昆植協(xié)同進(jìn)化理論。
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S433
【圖文】：

圖 2.2 口針到達(dá)韌皮部之前的波形分析Fig. 2. 2 The waveform analysis before the stylet reached the phloem（A）非刺探波總持續(xù)時間，口針在植物表皮之外 （B）通路波總持續(xù)時間，口針在葉肉細(xì)薄壁細(xì)胞之間刺探 （C）刺探波總個數(shù)，口針在刺探過程中短暫刺破細(xì)胞 （D）木質(zhì)部取食

圖 2.3 口針在韌皮部之內(nèi)的波形分析Fig. 2. 3 The waveform analysis of the stylet in the phloem（A）唾液分泌總持續(xù)時間，口針向韌皮部分泌唾液 （B）韌皮部取食總持續(xù)時間，取食韌柱上標(biāo)有小寫字母和大寫字母分別代表同一植株上不同桃蚜以及不同植株上同一桃蚜在口針

圖 2.4 煙草型桃蚜與甘藍(lán)型桃蚜侵染下誘導(dǎo)的煙草 JA 相關(guān)基因的相對表達(dá)量Fig. 2. 4 The relative expression of JA- related genes induced by tobacco - biotype of aphid ancabbage-biotype of aphid（A）絲裂活化蛋白激酶（B）脂氧合酶（C）丙二烯氧化環(huán)化酶（D）轉(zhuǎn)錄因子

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2763629