蚜虫报警信息素生物合成的来源及其分子机制

发布时间：2020-03-24 18:47

【摘要】：蚜虫是世界上分布最广、危害最严重的农业害虫之一。大部分蚜虫在受到天敌攻击时都会从腹管释放报警信息素,以警告同种个体潜在的威胁,而该行为对于蚜虫的综合治理具有重要意义。许多蚜虫的报警信息素的主要成分是倍半萜烯(E)-β-farnesene(EβF)。迄今,蚜虫EβF生物合成的机制尚不清楚。本文采用多种研究手段,对蚜虫EβF生物合成的来源和候选基因的功能进行了较为全面的分析,结果如下:1.对蚜虫EβF生物合成的可能来源(寄主植物、体内共生菌和蚜虫自身)进行了鉴别。首先采用全人工饲料喂养桃蚜和棉蚜,GC-MS分析发现蚜虫仍然能够释放EβF,这就排除了寄主植物作为EβF生物合成来源的可能性;另一方面,在饲料里面添加抗生素以除去蚜虫体内共生菌Buchnera,结果发现脱共生的蚜虫尽管不能产生后代,但仍能释放EβF,这说明Buchnera也不是EβF生物合成的来源。综上,EβF很可能是由蚜虫自身合成的。2.对棉蚜体内Buchnera的ispA基因进行了功能鉴定。通过比较脱共生的棉蚜与在植物上喂养的棉蚜EβF浓度(ng/mg蚜虫),发现脱共生棉蚜所释放EβF的浓度明显降低,因此猜测其体内Buchnera的ispA基因可能会为EβF的合成提供部分前体物质FPP。该文对ispA基因进行了克隆、原核表达和体外酶活分析。结果表明,重组表达的ispA-GST可溶性蛋白在体外未能显示合成FPP的活性,进一步排除了 Buchnera参与蚜虫EβF生物合成的可能性。3.比较测定了受刺激产生EβF后与未受刺激棉蚜两组样品的转录组。测序结果共获得60,614个UniGene;差异表达基因分析显示,分别有1201和729个UniGene上调和下调。GO富集分析发现代谢过程和生物过程、催化活性等条目被显著激活;KEGG富集分析发现氨基酸生物合成、谷胱甘肽代谢和溶酶体等通路出现明显富集。对棉蚜类异戊二烯通路上的关键基因进行了 qPCR分析,发现棉蚜在受到刺激产生液滴2h后,AgFPPS、AgGGPPS、AgDPPS以及Buchnera的ispA基因的相对表达量呈现不同情况的波动,其中AgFPPS和AgGGPPS基因的变化情况相似,且很可能与蚜虫EβF的生物合成具有密切的关系。4.对棉蚜AgFPPS、AgGGPPS和AgDPPS基因进行了 RNAi研究。结果表明,150ng/μL和250 ng/μL的dsAgFPPS和dsAgGGPPS在连续饲喂2 d的条件下,干扰效果最好;200 ng/μL的dsAgDPPS1和dsAgDPPS2在连续饲喂4d后可显著抑制靶标基因的表达。上述4个基因被干扰后,对棉蚜生物学性状没有显著影响,但AgFPPS基因被干扰后,蚜虫所释放EβF的浓度(ng/mg蚜虫)与对照相比显著下降,而AgGGPPS基因被干扰后,所释放EβF的浓度与对照相比显著上升;AgDPPS1和AgDPPS2基因被干扰后,对EβF浓度无显著影响。该研究为蚜虫FPPS基因与EβF生物合成之间的密切关系提供了第一个体内实验证据。5.对棉蚜AgFPPS基因进行了原核表达和酶活分析,以进一步探讨AgFPPS基因和EβF生物合成的关系。构建了 pET-28a(+)-97AgFPPS重组表达子,实现了 AgFPPS的可溶性表达,并对该重组蛋白进行了体外酶促反应。通过GC-MS分析,发现该酶蛋白可催化合成GPP和FPP,证明AgFPPS具有GPPS/FPPS的双重功能,但并未检测到EβF的生成,证明在特定体外条件下AgFPPS不具有EβF合成酶的功能。综上,该研究为FPPS和GGPPS基因与蚜虫EβF生物合成之间的密切关系提供了第一个分子证据。本研究为蚜虫EβF生物合成及其调控机制的研究奠定了扎实的基础,也可为蚜虫的可持续控制提供新思路。
【图文】：

夹层法,蚜虫

取１邋ｍＬ稀释１０倍；逡逑合液：按２０倍量称取以下Ｂ族维生素下顺利进行混合：氨基酸混合物＋蔗糖＋生素＋抗坏血酸微量元素螯合物０．５邋ｍＬ；逡逑上混合液用３０％邋ＫＯＨ调ｐＨ到７．０，接细菌过滤器，过滤除菌，在无菌室内分方法逡逑的玻璃管（直径２．５邋ｃｍ，高３．０邋ｃｍ），石蜡膜，用移液枪滴加人工饲料１５０－２００定要经过紫外灯灭菌处理（高文兴等，２，以免污染饲料。每个饲蚜器内分别接封口，橡皮筋扎紧，防止蚜虫逃逸。第二＿１：饲料。逡逑

电泳图,体内共生,桃蚜,电泳图

２．３．３．５棉蚜体内共生菌的去除逡逑棉蚜体内共生菌也采取了相同的方法去除，，用不同抗生素采用不同饲喂方法均能使胞内共生逡逑菌得到降解，同桃蚜一样，采用饲喂和喷洒相结合的方法能较快去除其体内共生菌（图２－３）。逡逑２２逡逑
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S433.3

【参考文献】