【摘要】：大豆孢囊線蟲(Heterodera glycines Ichinohe,soybean cyst nematode,SCN)病是一種世界性的大豆病害。有效但高毒的化學(xué)農(nóng)藥已不能滿足可持續(xù)發(fā)展的需要,探索新的高效無毒的防治方法是當(dāng)前之需。利用抗病品種是最經(jīng)濟有效的措施,然而,SCN致病性變異頻繁,新致病小種不斷出現(xiàn),篩選抗多個小種的抗性資源尤為重要。同時由于抗源非常有限,進(jìn)一步通過研究線蟲侵染機制特別是如果能夠終止線蟲對植物的早期識別而阻斷線蟲的侵染是目前線蟲學(xué)者研究的熱點,而鑒定SCN識別寄主的化學(xué)信號是制定新的防治策略的前提。黑龍江省是我國大豆主產(chǎn)區(qū)之一,田間發(fā)現(xiàn)部分地區(qū)SCN的致病性發(fā)生了變異,原抗3號生理小種(HG Type 0-)的品種抗性減弱甚至喪失。因此分別從以3號生理小種為優(yōu)勢小種的大豆產(chǎn)區(qū)(哈爾濱、安達(dá)、五常、大慶)采集了4份土樣,溫室中群體擴繁,且從安達(dá)和五常兩地的土樣中分離單孢囊純培養(yǎng),5代后依據(jù)Riggs的鑒別模式對群體和單孢囊的致病小種進(jìn)行鑒定。并篩選了18份大豆種資資源對新鑒定的三個致病小種的抗感。為了進(jìn)一步探討線蟲識別寄主植物的信號物質(zhì),通過篩選植物根際微環(huán)境的重要因子酸、堿、鹽、植物或者微生物釋放的氨基酸等化學(xué)物質(zhì)對線蟲是否具有吸引包括其劑量效應(yīng)而確定線蟲趨化性的化學(xué)物質(zhì)。具體方法是利用23%Pluronic F-127膠系統(tǒng),通過將線蟲暴露于HAc、NaOH、鹽以及氨基酸來篩選對SCN起趨化作用的化學(xué)物質(zhì),然后通過處理和對照的線蟲的轉(zhuǎn)錄組分析(RNA-seq),鑒定差異表達(dá)基因,進(jìn)而明確可能參與對酸、堿和鹽趨化性的線蟲基因。因此本研究通過SCN致病性變異和趨化性研究得出如下結(jié)果:哈爾濱、大慶、安達(dá)、五常的SCN的致病性發(fā)生了變異,哈爾濱和大慶的優(yōu)勢小種由3號生理小種分別變?yōu)?、6、4和5號生理小種,且從安達(dá)和五常兩地成功分離出4號(HG Type 1.2.3.5.6.7)、14號(HG Type 1.3)和5號(HG Type2.5.7)單孢囊。三個單孢囊群體在18份大豆種資資源上的致病性結(jié)果各異,“抗線12”和“抗線13”對HG Type 2.5.7、HG Type 1.2.3.5.6.7和HG Type 1.3表現(xiàn)出高抗或中抗。大豆育種品系“09-138”高抗HG Type 1.3和HG Type1.2.3.5.6.7。除了“抗線8”外,“Peking”背景下的原抗3號生理小種的11份大豆品種對HG Type 2.5.7均表現(xiàn)高抗或中抗。醋酸、氫氧化鈉、鹽以及氨基酸均表現(xiàn)為具有劑量效應(yīng)的吸引。SCN集聚的最佳酸性pH值范圍為4.98~5.46,而堿性pH范圍為:8.40~8.78和9.52~9.99;氯和鈉離子最適濃度分別是170.89~255.87 m M和85.24~221.52 mM。供試的無機鹽和氨基酸中,除2.5 M KNO_3和組氨酸外,均對SCN具有一定的吸引作用。天冬氨酸和精氨酸對SCN的趨化作用分別在20 mM和100 mM最強,且高濃度的天冬氨酸對線蟲具有誘殺作用。轉(zhuǎn)錄組分析線蟲對酸、堿和鹽的趨化性共獲得37119個有注釋信息的Unigene。NaCl、HAc和NaOH趨化作用下分別篩選獲得47、198和143個差異表達(dá)基因(DEG)。韋恩圖顯示在三者趨化作用下共有的DEG為4個;而在NaCl與HAc、NaCl與NaOH、HAc與NaOH趨化作用下共有的DEG分別為7、10和48個。功能注釋推測超氧化物歧化酶、陽離子運輸ATP酶、膜聯(lián)蛋白、磷脂運輸ATP酶、配體門控離子通道和CBN-RSKN-2蛋白可能與線蟲識別化學(xué)信號物質(zhì)的行為有關(guān)。最后通過qRT-PCR驗證了轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的可靠性。綜上所述,該研究表明黑龍江省SCN的致病性在所檢測地區(qū)已經(jīng)發(fā)生了變異,毒性增強,原有的大多抗性品種的抗性已降低或者喪失,只有“抗線12”和“抗線13”大豆品種表現(xiàn)為同時抗或中抗3種SCN群體,這項研究不僅為黑龍江省SCN針對不同生理小種的有效防治和加速培育多抗品種提供重要的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用價值,并且為線蟲的進(jìn)化提供重要的理論基礎(chǔ)。線蟲趨化性的研究確定了SCN定位寄主識別的信號,并首次檢測了對其趨化性的最佳劑量效應(yīng);通過RNA-seq差異表達(dá)分析初步挖掘了可能與酸、堿和鹽趨化行為相關(guān)的基因,對其功能驗證是進(jìn)一步的深入研究,這些研究結(jié)果為探索新的高效無毒無害的防治策略奠定堅實的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S435.651
【圖文】：

被SCN侵染的大豆田（WratherandKoenning，2009）

圖 1.2 大豆根上的雌蟲Figure 1.2 Females on the soybean roots蟲的生活史及侵染過程可分成三個主要的階段：卵期，幼蟲期及蟲蛻皮形成二齡幼蟲。受溫度和根系分泌物鉆出（Niblack，2005）；二齡幼蟲（J2）能夠刺入根組織來侵染合適的寄主（Lauritis 等皮組織后向中柱遷移，整個過程依靠機械的

后開始建立起始的取食位點并注入大量的分泌物來溶解相鄰細(xì)胞的細(xì)胞壁，從而使細(xì)胞質(zhì)變得更加稠密，細(xì)胞壁溶解后原生質(zhì)體融合形成的多核取食位點被稱之為合胞體（Niblack，2005）。雄蟲和雌蟲在根的不同部位建立起始取食位點，雄蟲一般在原生韌皮部，而雌蟲一般在原生木質(zhì)部（Endo，1964）。在起始的取食位點建立后，J2經(jīng)過一段時間的膨大之后蛻皮形成三齡幼蟲（J3）；取食位點建立后的六到七天三齡幼蟲再次蛻皮為四齡幼蟲（J4），此時表現(xiàn)明顯的雌雄異態(tài)，J4期的雄蟲表皮開始延伸，而雌蟲則繼續(xù)取食膨大；在侵染八到九天后，J4經(jīng)歷最后一次蛻皮變?yōu)槌上x。雄成蟲恢復(fù)蠕蟲狀從根表鉆出，而雌成蟲繼續(xù)膨脹變大呈瓶狀，最終突破表皮外露于根外，只留頭頸部于根內(nèi)。土壤中的雄成蟲依靠性激素尋求雌成蟲交尾（Jaffe 等，1989）在環(huán)境條件好的情況下，完成一個生活史需要的時間為 30～35 天，所以 SCN 一年中可以完成幾個周期（Niblack 等，2006；Lauritis 等，1983）。

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本文編號：2751452