【摘要】：昆虫的寄主适应性研究是种群分化的重要基础,也是协同进化理论的研究热点。桃蚜(Myzus persicae)是一种广食性的刺吸式口器害虫,其寄主范围广,为害能力强,在不同的寄主植物上分化出不同的生物型,研究这些生物型与寄主植物的分子互作及其适应性机制,可以深入理解广食性害虫的种群暴发机理,为害虫防治提供理论基础。本研究以烟草(Nicotiana tabacum L.)和甘蓝(Brassica oleracea L.)上两种生物型桃蚜为研究对象,以烟草为寄主植物,以植物的诱导抗性和昆虫的适应性机制为主线,从植物激素抗性途径、次生代谢产物、蚜虫唾液蛋白和中肠解毒酶等方面开展研究,主要结果如下:(1)利用刺探电位仪(electrical penetration graph,EPG)分析桃蚜的取食行为,发现在烟草上取食,甘蓝型桃蚜的刺探次数(potential drops,pd波)显著多于烟草型桃蚜,而韧皮部被动取食(phloem ingestion,E2波)持续时间显著少于烟草型桃蚜;然而,在甘蓝上取食过程中,两种生物型桃蚜在取食行为上没有显著差异。通过实时荧光定量PCR(qPCR)比较两种生物型桃蚜为害后,植物诱导抗性水平的表达差异,发现甘蓝型桃蚜显著上调了烟草中丝裂原活化蛋白激酶(WIPK)和下游茉莉酸(jasmonic acid,JA)信号途径中脂氧合酶(Lipoxygenase,LOX2)、丙二烯氧化环化酶(Allene oxide cyclase,AOC)和转录因子MYC2的基因表达量,而烟草型桃蚜则降低了WIPK的基因表达量。这些结果显示两种生物型桃蚜在烟草上取食行为的差异可能与JA诱导抗性途径的调控密切相关。(2)通过外源涂抹实验,将两种生物型桃蚜的唾液涂抹在烟草叶片上,发现来源于甘蓝型桃蚜的唾液上调了JA信号途径中WIPK,LOX2,AOC和MYC2的表达量,而涂抹烟草型桃蚜的唾液上调了LOX2表达量却下调了MYC的表达量。利用qPCR定量分析两种生物型桃蚜唾液中重要效应蛋白(effector)的表达差异,发现烟草型桃蚜效应蛋白MpC002、Mp10、Mp42、RPS2、MIF的基因表达量均高于甘蓝型桃蚜,而GroEL的表达量较低。根据前期研究,筛选了三个蚜虫唾液效应蛋白Mp10、Mp42和GroEL外源转化到烟草中进行验证,发现瞬时转染过表达Mp10、Mp42、GroEL均降低了烟草的JA相关基因的表达量。进一步研究蚜虫取食行为,发现仅有取食过表达Mp42烟草的蚜虫减少了刺探次数并增加了韧皮部被动取食的时间。由此可见,烟草型桃蚜通过增加唾液中效应蛋白Mp42的分泌抑制烟草JA信号通路相关抗性基因的表达。(3)利用二代测序技术,研究两种生物型桃蚜的肠道转录组,发现甘蓝型桃蚜相较于烟草型桃蚜上调338个基因,下调761个基因。通过KEGG分析上调基因显著富集到37条通路,其中富集最显著的前10条通路涉及较多的基因是组织蛋白酶B(cathepsin B)和组蛋白H_2B(Histone H_2B);下调基因显著富集到54条通路,其中富集最显著的前10条通路涉及较多的基因是谷胱甘肽S转移酶(glutathione S transferase,GST)和葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyl transferase)。其中与次生物质代谢相关功能基因有组织蛋白酶B和谷胱甘肽S转移酶,通过显著性差异分析筛选出5个基因,并利用qPCR定量验证转录组数据,发现甘蓝型桃蚜从原始寄主甘蓝转移到烟草时谷胱甘肽S转移酶相关基因的表达量降低。这说明谷胱甘肽S转移酶可能有助于桃蚜在烟草上的取食。(4)利用高效液相色谱(HPLC)对烟草生物碱进行定量分析,发现烟草型桃蚜取食为害会增加尼古丁的含量,降低可替宁的含量。甘蓝型桃蚜取食为害没有影响生物碱中尼古丁,假木贼碱以及可替宁的含量。利用EPG比较烟草型桃蚜在野生型与尼古丁缺失体烟草突变体上的取食行为,发现取食尼古丁突变体时蚜虫的非刺探波(nonpenetration,np波)持续时间减少,木质部取食(xylem,G波)时间增加,但韧皮部取食时间没有变化。因此,尽管烟草型桃蚜上调了尼古丁同时下调了可替宁,但尼古丁的有无并未影响其韧皮部取食。综上所述,不同寄主来源的桃蚜在烟草上取食为害展现了不同的取食行为和效率。烟草型桃蚜能够分泌更多的Mp42等唾液效应因子抑制烟草JA信号通路,一方面减少刺探频率增加韧皮部取食时间,有利于增强取食效率,另一方面肠道中具有较高的谷胱甘肽S转移酶解毒代谢相关基因的表达;相比而言,甘蓝型桃蚜取食烟草时,Mp42等5种唾液效应因子表达量较少,植物大量上调JA抗性,取食效率较低,肠道解毒代谢相关基因谷胱甘肽S转移酶表达也较低。进一步对烟草中的尼古丁等三种最重要的生物碱次生代谢物进行定量分析,发现尼古丁的含量并不是造成不同生物型桃蚜取食差异的原因。本文最终阐明了不同寄主来源的桃蚜生物型在烟草植株上的取食为害特征,揭示出抑制植物免疫抗性和提高自身解毒代谢对寄主转换的重要作用,丰富了物种间分子互作研究和昆植协同进化理论。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S433
【图文】：
图 2.2 口针到达韧皮部之前的波形分析Fig. 2. 2 The waveform analysis before the stylet reached the phloem（A）非刺探波总持续时间，口针在植物表皮之外 （B）通路波总持续时间，口针在叶肉细薄壁细胞之间刺探 （C）刺探波总个数，口针在刺探过程中短暂刺破细胞 （D）木质部取食
图 2.3 口针在韧皮部之内的波形分析Fig. 2. 3 The waveform analysis of the stylet in the phloem（A）唾液分泌总持续时间，口针向韧皮部分泌唾液 （B）韧皮部取食总持续时间，取食韧柱上标有小写字母和大写字母分别代表同一植株上不同桃蚜以及不同植株上同一桃蚜在口针
图 2.4 烟草型桃蚜与甘蓝型桃蚜侵染下诱导的烟草 JA 相关基因的相对表达量Fig. 2. 4 The relative expression of JA- related genes induced by tobacco - biotype of aphid ancabbage-biotype of aphid（A）丝裂活化蛋白激酶（B）脂氧合酶（C）丙二烯氧化环化酶（D）转录因子
【参考文献】
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本文编号：
2763629
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