本文關(guān)鍵詞：寄主轉(zhuǎn)換對豌豆蚜生命周期、取食行為和唾液腺基因表達(dá)的影響　出處：《山東農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：昆蟲種群為了適應(yīng)環(huán)境的變化和自然選擇的壓力,會(huì)取食不同種類的寄主植物,因此常常形成不同的寄主專化型。在刺吸式口器昆蟲中寄主�；允且粋�(gè)普遍的現(xiàn)象,尤其是在蚜蟲中最為典型。豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum Harris)(半翅目:蚜科),是一種多食性的具有刺吸式口器的害蟲,其寄主植物十分廣泛,可以取食多種豆科植物如豌豆、蠶豆、苜蓿等,對農(nóng)業(yè)造成重大損失。迄今為止,依據(jù)遺傳差異的檢測,豌豆蚜至少已經(jīng)形成11種遺傳分化明顯的寄主專化型。蚜蟲利用口針取食寄主植物韌皮部汁液的同時(shí),其唾液腺會(huì)主動(dòng)分泌唾液進(jìn)篩管。唾液腺作為豌豆蚜取食寄主植物的主要器官,對蚜蟲適應(yīng)寄主植物有極其重要的作用。然而,唾液腺表達(dá)基因在豌豆蚜寄主轉(zhuǎn)換過程中所起的作用至今不為而知,因此,探索蚜蟲在不同寄主植物上適合度、取食行為和唾液腺表達(dá)基因之間的關(guān)系對理解蚜蟲如何適應(yīng)寄主植物是至關(guān)重要的。本研究利用長期生活在蠶豆上的豌豆蚜實(shí)驗(yàn)種群,通過瞬時(shí)轉(zhuǎn)換或長期馴化至其他三種豆科植物(蒺藜苜蓿、苕草、紫花苜蓿)上,系統(tǒng)比較豌豆蚜在這四種不同喜好程度的寄主植物上的生命周期、取食行為以及對應(yīng)條件下唾液腺基因的表達(dá)和響應(yīng),揭示豌豆蚜適應(yīng)不同寄主植物的分子機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:1.經(jīng)過6個(gè)月馴化,發(fā)現(xiàn)豌豆蚜在苕草和蒺藜苜蓿上均能馴化成功,而在紫花苜蓿上不能馴化成功。當(dāng)豌豆蚜適應(yīng)不同寄主植物后,其個(gè)體大小差異顯著。以成蚜為例,蠶豆種群個(gè)體最大,其次是蒺藜苜蓿馴化種群,個(gè)體最小的是苕草馴化種群。2.從瞬時(shí)轉(zhuǎn)換生命表數(shù)據(jù)中可以看出,當(dāng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至這三種新寄主植物時(shí),凈生殖率(R0)、內(nèi)稟增長率(rm)和周限增長率(λ)都會(huì)明顯下降,尤其是豌豆蚜在紫花苜蓿上有最低的凈生殖率、內(nèi)稟增長率和周限增長率;而平均世代周期(T)、若蚜期和成蚜期的時(shí)間都會(huì)明顯變長。豌豆蚜蠶豆克隆瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至紫花苜蓿時(shí),若蚜期有很高的死亡率,高達(dá)30%。從長期馴化生命表數(shù)據(jù)中分析得出,豌豆蚜蠶豆種群有最高的適合度,表現(xiàn)為最高的凈生殖率,內(nèi)稟增長率和周限增長率,最短的平均世代周期,其次是蒺藜苜蓿馴化種群,最差是苕草馴化種群。豌豆蚜蠶豆種群壽命最短(24 d),而苕草馴化種群的壽命(41 d)是蠶豆種群壽命的1.7倍,尤其成蚜期壽命之間差異(1.9倍)最明顯。根據(jù)生命表數(shù)據(jù)和豌豆蚜個(gè)體差異兩方面的結(jié)果,均能發(fā)現(xiàn)豌豆蚜在不同寄主植物上的適合度從高到低分別是蠶豆、蒺藜苜蓿、苕草和紫花苜蓿。3.利用刺探電位圖譜(EPG)技術(shù)揭示豌豆蚜蠶豆種群瞬時(shí)轉(zhuǎn)換或長期馴化至其他三種寄主植物上的取食行為。當(dāng)豌豆蚜蠶豆種群瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至其他三種寄主植物上時(shí),被動(dòng)取食韌皮部汁液(E2波)所需時(shí)間明顯下降,非刺探波(np波)的時(shí)間會(huì)明顯增加。另外,當(dāng)豌豆蚜瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至苕草寄主植物上時(shí),它需要更多的時(shí)間在刺探植物細(xì)胞尋找韌皮部汁液上(C波);當(dāng)豌豆蚜瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至這兩種苜蓿植物上時(shí),口針遇到機(jī)械障礙(F波)的時(shí)間占很高的比例。經(jīng)過6個(gè)月的馴化,豌豆蚜蒺藜苜蓿和苕草馴化種群的取食行為會(huì)有所改善,分泌水狀唾液(E1波)和被動(dòng)取食韌皮部汁液(E2波)的時(shí)間增加,同時(shí)非刺探波(np波)的時(shí)間明顯下降。當(dāng)豌豆蚜在蒺藜苜蓿上穩(wěn)定存活后,機(jī)械障礙波(F波)的比例明顯降低。令人吃驚的結(jié)果是與瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至苕草上相比,豌豆蚜在苕草上穩(wěn)定存活后會(huì)花費(fèi)更多的時(shí)間去吸取木質(zhì)部的水分(G波)。4.不同寄主植物葉片的的顯微結(jié)構(gòu)明顯不同。豌豆蚜在不同寄主植物上取食行為的差異可能與寄主植物葉片顯微結(jié)構(gòu)相關(guān)。蠶豆葉片細(xì)胞最大,排列疏松;苕草葉片細(xì)胞最小,排列最疏松;兩種苜蓿葉片細(xì)胞排列緊密,尤其是紫花苜蓿的柵欄組織細(xì)胞排列最為緊密。5.利用豌豆蚜唾液腺轉(zhuǎn)錄組基因表達(dá)來揭示豌豆蚜在不同寄主植物上適應(yīng)性不同的分子機(jī)理。以蠶豆種群豌豆蚜唾液腺轉(zhuǎn)錄組為對照,比較蠶豆種群瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至蒺藜苜蓿、紫花苜蓿和苕草5 h后與蠶豆種群唾液腺轉(zhuǎn)錄組的差異,分別有411,438和90個(gè)基因表達(dá)量發(fā)生顯著變化,其中共同變化的差異基因只有8個(gè),都是共同下調(diào)的差異基因,其中包括5個(gè)熱激蛋白。當(dāng)蠶豆種群瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至兩種苜蓿植物上時(shí),差異基因的數(shù)目相近,基因變化程度相似,并且要比蠶豆種群瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至苕草上的基因變化程度大得多。經(jīng)過6個(gè)月馴化后,比較蒺藜苜蓿和苕草馴化種群與蠶豆種群唾液腺轉(zhuǎn)錄組的差異,分別有156和188個(gè)基因表達(dá)量發(fā)生顯著變化。在兩個(gè)馴化種群中共同變化的差異基因一共72個(gè),其中50個(gè)差異基因共同上調(diào)和22個(gè)差異基因共同下調(diào)。不論瞬時(shí)轉(zhuǎn)換或長期馴化階段,均發(fā)現(xiàn)豌豆蚜特異差異基因的數(shù)目與寄主植物上豌豆蚜的適應(yīng)性高低成反比。然而,在同種寄主植物上,瞬時(shí)轉(zhuǎn)換和馴化時(shí)期豌豆蚜唾液腺共同變化的差異基因非常少,大部分(80%以上)差異基因都只存在于瞬時(shí)轉(zhuǎn)換狀態(tài)或者馴化狀態(tài)下。6.從定量驗(yàn)證過的差異基因中挑選出基因ACYPI27259進(jìn)行功能研究,發(fā)現(xiàn)蒺藜苜蓿馴化種群注射ds27259與注射dsGFP相比,飼養(yǎng)在蒺藜苜蓿葉片上存活率沒有明顯變化;而飼養(yǎng)在蠶豆葉片上存活率有明顯差異,在兩種寄主植物上取食行為都沒有明顯變化�？傊�,本研究從生存、取食行為和唾液腺基因表達(dá)三方面研究了豌豆蚜寄主轉(zhuǎn)換的可塑性,取食行為和分子機(jī)理。研究結(jié)果為未來選育抗蟲植物新品種、發(fā)展新型的蚜蟲控制對策具有重要的理論和實(shí)踐意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S433

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