本文關(guān)鍵詞：通過(guò)轉(zhuǎn)錄組解析煙粉虱Mediterranean隱種的唾腺、消化道和含菌細(xì)胞的生物功能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煙粉虱是一個(gè)至少包含36個(gè)隱種的物種,其中一些隱種能通過(guò)取食植物、傳播病毒以及引起植物真菌病害等方式對(duì)田間作物造成嚴(yán)重危害。Mediterranean (MED)煙粉虱是起源于地中海區(qū)域的煙粉虱隱種,目前已隨人類活動(dòng)而傳播到世界多個(gè)地方。MED煙粉虱在我國(guó)大部分地區(qū)均有發(fā)生,并在某些區(qū)域取代了入侵隱種Middle East-Asia Minor1(MEAM1)成為當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)種,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重危害。以往研究表明,MED煙粉虱廣泛的寄主適應(yīng)性和較高的抗藥性可能是它們廣泛擴(kuò)散并取代其他隱種的原因。 由于唾腺、消化道和含菌細(xì)胞在昆蟲取食、營(yíng)養(yǎng)利用上有著重要的作用,本研究即從昆蟲分子生理角度入手,運(yùn)用轉(zhuǎn)錄組的方法研究了重要入侵生物MED煙粉虱這些重要器官的分子特征,試圖從分子層面揭示煙粉虱對(duì)植物營(yíng)養(yǎng)利用、應(yīng)對(duì)植物防御反應(yīng)以及農(nóng)藥抗性的生理生化機(jī)制。通過(guò)測(cè)定煙粉虱唾腺、消化道和含菌細(xì)胞這3個(gè)與營(yíng)養(yǎng)生理關(guān)系密切的器官轉(zhuǎn)錄組,利用分子生物學(xué)、生物信息學(xué)技術(shù)手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證、分析,得出以下研究結(jié)果： (1)煙粉虱主唾腺的分子特征與潛在分泌蛋白 通過(guò)對(duì)煙粉虱主唾腺轉(zhuǎn)錄組的測(cè)序以及SOAPdenovo拼接,總共獲得了13,615個(gè)Unigenes,這些基因主要富集于與分泌及合成蛋白的功能相關(guān)的途徑基因類別中。與蟲體相比,在主唾腺中共有565個(gè)基因上調(diào),但只有74個(gè)具有功能注釋,而這注釋顯示,這些基因主要參與分泌蛋白的加工以及分泌,表明煙粉虱主唾腺是合成唾液成分以及控制唾液分泌的重要器官。 通過(guò)生物信息學(xué)的方法預(yù)測(cè)了煙粉虱潛在的唾液蛋白,一共得到了269個(gè)潛在分泌蛋白,其中只有28.3%具功能注釋。功能注釋顯示,煙粉虱唾腺中的潛在分泌蛋白參與了植物防御信號(hào)的調(diào)節(jié)以及韌皮部中有害物質(zhì)的降解或抑制。將煙粉虱唾腺潛在分泌蛋白與蚜蟲的分泌蛋白比對(duì),發(fā)現(xiàn)只有17個(gè)與蚜蟲分泌蛋白具有同源性,而且所比對(duì)上的蛋白并不包含蚜蟲唾液中的效應(yīng)因子,表明韌皮部取食昆蟲唾液蛋白具有種的特異性。 (2)煙粉虱消化道分子特征 通過(guò)對(duì)煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組的序列拼接,一共獲得了27,443個(gè)Unigenes。與蟲體相比,消化道的Unigenes主要富集于多個(gè)生物途徑中,其中富集顯著性最高的為對(duì)外源物質(zhì)的生物降解和代謝、對(duì)輔因子和維生素的代謝以及消化過(guò)程。 在煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)了5,771個(gè)在消化道特異表達(dá)的基因,而這些基因也主要富集于對(duì)外源物質(zhì)的生物降解代謝和消化過(guò)程中。對(duì)MED和MEAM1消化道基因的同源序列進(jìn)行氨基酸相似度比較,并進(jìn)行同義替換和非同義替換值的計(jì)算,最后得出解毒相關(guān)的途徑和酶類都相對(duì)保守,但是MED與MEAM1同源基因的氨基酸相似度卻比較低,這些酶類和途徑可能與這兩物種在寄主或環(huán)境適應(yīng)性差異相關(guān)。 (3)煙粉虱含菌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析 在煙粉虱含菌細(xì)胞中,寄主表達(dá)了約5,010個(gè)基因,而這些基因所富集的途經(jīng)主要分為兩類,一類與代謝相關(guān),另一類與應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)。與代謝相關(guān)的富集途徑與共生菌缺失的基因所在的途徑呈互補(bǔ)的趨勢(shì),可見(jiàn)寄主為共生菌提供它們不能產(chǎn)生的物質(zhì)。而寄主應(yīng)激反應(yīng)轉(zhuǎn)錄本的富集則有可能是來(lái)自于共生菌的壓力。 含菌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)的基因主要和氨基酸代謝轉(zhuǎn)運(yùn)和應(yīng)對(duì)外界壓力這兩類生命活動(dòng)有關(guān),這些基因可能參與給共生菌提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、良好的棲息環(huán)境以及限制共生菌的活動(dòng)范圍。另一方面,寄主也可以通過(guò)與共生菌的協(xié)作,獲取除了組氨酸和精氨酸以外的氨基酸物質(zhì),以彌補(bǔ)韌皮部的營(yíng)養(yǎng)不均衡。 綜上所述,唾腺、消化道、含菌細(xì)胞在煙粉虱取食、應(yīng)對(duì)植物防御反應(yīng)以及解決韌皮部營(yíng)養(yǎng)不平衡的問(wèn)題中起著關(guān)鍵作用。本研究不僅為進(jìn)一步揭示入侵煙粉虱—植物互作、煙粉虱—共生菌互作的生理機(jī)制提供新的啟示和分子數(shù)據(jù)支撐,也為通過(guò)基因調(diào)控防控?zé)煼凼：μ峁┝酥匾袠?biāo)。
【關(guān)鍵詞】：煙粉虱 轉(zhuǎn)錄組 唾腺 消化道 含菌細(xì)胞
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S433.89
【目錄】：

• 致謝6-10
• 摘要10-12
• abstract12-19
• 1 文獻(xiàn)綜述及本研究目的19-33
• 1.1 煙粉虱概述19-21
• 1.1.1 煙粉虱生物特性及分類狀況19
• 1.1.2 煙粉虱的為害歷史及現(xiàn)狀19-20
• 1.1.3 煙粉虱的危害方式20-21
• 1.2 煙粉虱的解剖結(jié)構(gòu)21-23
• 1.2.1 唾腺21-22
• 1.2.2 消化道22-23
• 1.2.3 含菌體23
• 1.3 取食韌皮部汁液昆蟲的營(yíng)養(yǎng)相關(guān)器官在昆蟲適應(yīng)性上的作用23-28
• 1.3.1 唾腺23-26
• 1.3.1.1 膠狀唾液23-24
• 1.3.1.2 水狀唾液24-26
• 1.3.2 消化道26-27
• 1.3.3 含菌體27-28
• 1.4 轉(zhuǎn)錄組學(xué)在煙粉虱器官功能研究的必要性和可行性28-29
• 1.5 本研究目的與主要內(nèi)容29-33
• 1.5.1 研究目的29-30
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容30-33
• 2 基本材料和方法33-43
• 2.1 基本材料33-35
• 2.1.1 供試?yán)ハx及其實(shí)驗(yàn)種群維持33
• 2.1.2 主要儀器和設(shè)備33-35
• 2.1.2.1 煙粉虱飼養(yǎng)與轉(zhuǎn)移工具33
• 2.1.2.2 煙粉虱解剖和器官收集工具33-34
• 2.1.2.3 分子生物學(xué)研究主要儀器設(shè)備34
• 2.1.2.4 實(shí)驗(yàn)中所使用的相關(guān)軟件34-35
• 2.2 試驗(yàn)方法35-40
• 2.2.1 煙粉虱DNA提取35
• 2.2.2 鑒定煙粉虱隱種35-36
• 2.2.3 煙粉虱器官或組織的解剖與儲(chǔ)存36
• 2.2.4 煙粉虱蟲體的總RNA的提取36-37
• 2.2.5 煙粉虱器官或組織的RNA提取37-38
• 2.2.6 cDNA文庫(kù)的構(gòu)建及測(cè)序38-39
• 2.2.7 RNA反轉(zhuǎn)錄cDNA39-40
• 2.2.8 實(shí)時(shí)熒光定量PCR40
• 2.3 數(shù)據(jù)處理與分析40-43
• 2.3.1 實(shí)時(shí)熒光定量PCR數(shù)據(jù)分析40
• 2.3.2 SOAPdenovo拼接40
• 2.3.3 Trinity拼接40-41
• 2.3.4 對(duì)Trinity拼接后的轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行聚類41
• 2.3.5 確定序列方向和編碼區(qū)域41-42
• 2.3.6 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋42
• 2.3.7 GO和KEGG富集分析42
• 2.3.8 轉(zhuǎn)錄組的非冗余序列表達(dá)量的計(jì)算42-43
• 3 煙粉虱唾腺的轉(zhuǎn)錄組分析43-74
• 3.1 材料與方法43-47
• 3.1.1 試驗(yàn)材料44
• 3.1.2 試驗(yàn)方法44-45
• 3.1.2.1 煙粉虱唾腺細(xì)胞核的熒光定位44
• 3.1.2.2 煙粉虱唾腺的解剖收集44
• 3.1.2.3 煙粉虱唾腺與蟲體的RNA提取44
• 3.1.2.4 唾腺cDNA文庫(kù)的構(gòu)建及測(cè)序44
• 3.1.2.5 用于qPCR的唾腺和蟲體的cDNA獲取44
• 3.1.2.6 參照基因的選取和引物設(shè)計(jì)44-45
• 3.1.2.7 qPCR的實(shí)驗(yàn)流程45
• 3.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析45-47
• 3.1.3.1 唾腺轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的拼接45
• 3.1.3.2 唾腺轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋45
• 3.1.3.3 基因類別和通路的富集分析45
• 3.1.3.4 唾腺和蟲體基因表達(dá)量的比較45-46
• 3.1.3.5 估計(jì)參照基因的表達(dá)穩(wěn)定性46
• 3.1.3.6 潛在分泌蛋白預(yù)測(cè)46
• 3.1.3.7 在唾腺轉(zhuǎn)錄中找出與蚜蟲編碼唾液蛋白或潛在唾液蛋白同源的序列46-47
• 3.2 結(jié)果47-50
• 3.2.1 煙粉虱唾腺形態(tài)特征47
• 3.2.2 煙粉虱主唾腺轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)概況47
• 3.2.3 煙粉虱主唾腺轉(zhuǎn)錄組注釋和分類47
• 3.2.4 煙粉虱主唾腺轉(zhuǎn)錄組中富集的途徑和基因類別47-48
• 3.2.5 基因在煙粉虱蟲體和主唾腺中的表達(dá)差異48
• 3.2.6 選擇適合的參照基因以及對(duì)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的驗(yàn)證48-49
• 3.2.7 煙粉虱主唾腺中的潛在分泌蛋白49
• 3.2.8 與蚜蟲唾液蛋白同源的煙粉虱潛在唾液蛋白49-50
• 3.3 討論50-74
• 3.3.1 煙粉虱唾液的基因分類及富集類別和通路50-51
• 3.3.2 與蟲體相比在煙粉虱主唾腺中差異表達(dá)的基因51-53
• 3.3.3 主唾腺的潛在分泌蛋白及其功能推測(cè)53-74
• 4 煙粉虱消化道的轉(zhuǎn)錄組分析74-98
• 4.1 材料與方法74-76
• 4.1.1 試驗(yàn)材料74
• 4.1.2 試驗(yàn)方法74-75
• 4.1.2.1 煙粉虱消化道的解剖收集74
• 4.1.2.2 煙粉虱消化道RNA提取74-75
• 4.1.2.3 煙粉虱消化道cDNA文庫(kù)的構(gòu)建及測(cè)序75
• 4.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析75-76
• 4.1.3.1 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的拼接75
• 4.1.3.2 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋75
• 4.1.3.3 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組基因類別和通路的富集分析75
• 4.1.3.4 消化道中特異表達(dá)基因的篩選75
• 4.1.3.5 消化道中特異表達(dá)基因富集通路分析75-76
• 4.1.3.6 MED與MEAM1消化道同源基因的篩選76
• 4.1.3.7 MED和MEAM1同源基因?qū)νx替換和非同義替換76
• 4.2 結(jié)果76-80
• 4.2.1 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)概況76
• 4.2.2 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組注釋和分類76-77
• 4.2.3 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組中基因的富集類別和途徑77-78
• 4.2.4 與蟲體相比在消化道中特異表達(dá)的基因的分類78-79
• 4.2.5 MED消化道特異表達(dá)蛋白序列與MEAM1消化道相關(guān)序列的相似度79
• 4.2.6 MED消化道特異表達(dá)基因與MEAM1消化道相關(guān)基因的同義替換與非同替換分析79-80
• 4.3 討論80-98
• 4.3.1 煙粉虱消化道的主要功能80-98
• 4.3.1.1 消化與吸收功能80-81
• 4.3.1.2 煙粉虱消化道的解毒功能81-82
• 4.3.1.3 煙粉虱消化道中特異表達(dá)基因在隱種表型差異中的作用82-98
• 5 煙粉虱含菌細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組分析98-120
• 5.1 材料與方法99-101
• 5.1.1 試驗(yàn)材料99
• 5.1.2 試驗(yàn)方法99
• 5.1.2.1 煙粉虱含菌細(xì)胞的解剖收集99
• 5.1.2.2 煙粉虱含菌細(xì)胞與蟲體的RNA提取99
• 5.1.2.3 煙粉虱含菌細(xì)胞cDNA文庫(kù)的構(gòu)建及測(cè)序99
• 5.1.2.4 用于qPCR的煙粉虱含菌細(xì)胞和蟲體的cDNA獲取99
• 5.1.2.5 驗(yàn)證基因的引物設(shè)計(jì)99
• 5.1.2.6 qPCR的實(shí)驗(yàn)流程99
• 5.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析99-101
• 5.1.3.1 煙粉虱含菌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的拼接99-100
• 5.1.3.2 煙粉虱含菌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋100
• 5.1.3.3 煙粉虱含菌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組基因類別和通路的富集分析100
• 5.1.3.4 煙粉虱含菌細(xì)胞和蟲體基因表達(dá)量的比較100
• 5.1.3.5 含菌細(xì)胞中特異表達(dá)基因的篩選100-101
• 5.1.3.6 含菌細(xì)胞中高表達(dá)和差異表達(dá)基因富集通路分析101
• 5.2 結(jié)果101-104
• 5.2.1 煙粉虱含菌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)概況101
• 5.2.2 功能注釋101-102
• 5.2.3 含菌細(xì)胞所表達(dá)基因的GO和KEGG富集情況分析102
• 5.2.4 相對(duì)于蟲體在含菌細(xì)胞中上調(diào)的基因102-103
• 5.2.5 上調(diào)基因的分類103-104
• 5.3 討論104-120
• 5.3.1 煙粉虱含菌細(xì)胞富集途徑與寄主—共生菌互作的關(guān)系104-105
• 5.3.2 煙粉虱含菌細(xì)胞上調(diào)基因在寄主—共生菌互作中的作用105-120
• 5.3.2.1 寄主對(duì)氨基酸的供給與獲取105-107
• 5.3.2.2 含菌細(xì)胞中的防御反應(yīng)107-120
• 6 總討論120-127
• 6.1 煙粉虱唾腺與食料獲取120-121
• 6.2 煙粉虱消化道參與植物營(yíng)養(yǎng)的過(guò)濾與利用121-122
• 6.3 含菌細(xì)胞對(duì)韌皮部汁液營(yíng)養(yǎng)不足的補(bǔ)充122-123
• 6.4 本研究的特色與創(chuàng)新之處123
• 6.5 研究中存在的問(wèn)題123-124
• 6.6 值得繼續(xù)研究的問(wèn)題124-127
• 參考文獻(xiàn)127-152
• 作者經(jīng)歷15

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：通過(guò)轉(zhuǎn)錄組解析煙粉虱Mediterranean隱種的唾腺、消化道和含菌細(xì)胞的生物功能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：313154