大豆孢囊线虫致病性变异及趋化性研究

发布时间：2020-07-12 04:52

【摘要】：大豆孢囊线虫(Heterodera glycines Ichinohe,soybean cyst nematode,SCN)病是一种世界性的大豆病害。有效但高毒的化学农药已不能满足可持续发展的需要,探索新的高效无毒的防治方法是当前之需。利用抗病品种是最经济有效的措施,然而,SCN致病性变异频繁,新致病小种不断出现,筛选抗多个小种的抗性资源尤为重要。同时由于抗源非常有限,进一步通过研究线虫侵染机制特别是如果能够终止线虫对植物的早期识别而阻断线虫的侵染是目前线虫学者研究的热点,而鉴定SCN识别寄主的化学信号是制定新的防治策略的前提。黑龙江省是我国大豆主产区之一,田间发现部分地区SCN的致病性发生了变异,原抗3号生理小种(HG Type 0-)的品种抗性减弱甚至丧失。因此分别从以3号生理小种为优势小种的大豆产区(哈尔滨、安达、五常、大庆)采集了4份土样,温室中群体扩繁,且从安达和五常两地的土样中分离单孢囊纯培养,5代后依据Riggs的鉴别模式对群体和单孢囊的致病小种进行鉴定。并筛选了18份大豆种资资源对新鉴定的三个致病小种的抗感。为了进一步探讨线虫识别寄主植物的信号物质,通过筛选植物根际微环境的重要因子酸、碱、盐、植物或者微生物释放的氨基酸等化学物质对线虫是否具有吸引包括其剂量效应而确定线虫趋化性的化学物质。具体方法是利用23%Pluronic F-127胶系统,通过将线虫暴露于HAc、NaOH、盐以及氨基酸来筛选对SCN起趋化作用的化学物质,然后通过处理和对照的线虫的转录组分析(RNA-seq),鉴定差异表达基因,进而明确可能参与对酸、碱和盐趋化性的线虫基因。因此本研究通过SCN致病性变异和趋化性研究得出如下结果:哈尔滨、大庆、安达、五常的SCN的致病性发生了变异,哈尔滨和大庆的优势小种由3号生理小种分别变为6、6、4和5号生理小种,且从安达和五常两地成功分离出4号(HG Type 1.2.3.5.6.7)、14号(HG Type 1.3)和5号(HG Type2.5.7)单孢囊。三个单孢囊群体在18份大豆种资资源上的致病性结果各异,“抗线12”和“抗线13”对HG Type 2.5.7、HG Type 1.2.3.5.6.7和HG Type 1.3表现出高抗或中抗。大豆育种品系“09-138”高抗HG Type 1.3和HG Type1.2.3.5.6.7。除了“抗线8”外,“Peking”背景下的原抗3号生理小种的11份大豆品种对HG Type 2.5.7均表现高抗或中抗。醋酸、氢氧化钠、盐以及氨基酸均表现为具有剂量效应的吸引。SCN集聚的最佳酸性pH值范围为4.98~5.46,而碱性pH范围为:8.40~8.78和9.52~9.99;氯和钠离子最适浓度分别是170.89~255.87 m M和85.24~221.52 mM。供试的无机盐和氨基酸中,除2.5 M KNO_3和组氨酸外,均对SCN具有一定的吸引作用。天冬氨酸和精氨酸对SCN的趋化作用分别在20 mM和100 mM最强,且高浓度的天冬氨酸对线虫具有诱杀作用。转录组分析线虫对酸、碱和盐的趋化性共获得37119个有注释信息的Unigene。NaCl、HAc和NaOH趋化作用下分别筛选获得47、198和143个差异表达基因(DEG)。韦恩图显示在三者趋化作用下共有的DEG为4个;而在NaCl与HAc、NaCl与NaOH、HAc与NaOH趋化作用下共有的DEG分别为7、10和48个。功能注释推测超氧化物歧化酶、阳离子运输ATP酶、膜联蛋白、磷脂运输ATP酶、配体门控离子通道和CBN-RSKN-2蛋白可能与线虫识别化学信号物质的行为有关。最后通过qRT-PCR验证了转录组数据的可靠性。综上所述,该研究表明黑龙江省SCN的致病性在所检测地区已经发生了变异,毒性增强,原有的大多抗性品种的抗性已降低或者丧失,只有“抗线12”和“抗线13”大豆品种表现为同时抗或中抗3种SCN群体,这项研究不仅为黑龙江省SCN针对不同生理小种的有效防治和加速培育多抗品种提供重要的理论基础和应用价值,并且为线虫的进化提供重要的理论基础。线虫趋化性的研究确定了SCN定位寄主识别的信号,并首次检测了对其趋化性的最佳剂量效应;通过RNA-seq差异表达分析初步挖掘了可能与酸、碱和盐趋化行为相关的基因,对其功能验证是进一步的深入研究,这些研究结果为探索新的高效无毒无害的防治策略奠定坚实的理论基础。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S435.651
【图文】：

大豆田,绪论,侵染,病害

被SCN侵染的大豆田（WratherandKoenning，2009）

大豆根,雌虫,幼虫

图 1.2 大豆根上的雌虫Figure 1.2 Females on the soybean roots虫的生活史及侵染过程可分成三个主要的阶段：卵期，幼虫期及虫蜕皮形成二龄幼虫。受温度和根系分泌物钻出（Niblack，2005）；二龄幼虫（J2）能够刺入根组织来侵染合适的寄主（Lauritis 等皮组织后向中柱迁移，整个过程依靠机械的

生活史

后开始建立起始的取食位点并注入大量的分泌物来溶解相邻细胞的细胞壁，从而使细胞质变得更加稠密，细胞壁溶解后原生质体融合形成的多核取食位点被称之为合胞体（Niblack，2005）。雄虫和雌虫在根的不同部位建立起始取食位点，雄虫一般在原生韧皮部，而雌虫一般在原生木质部（Endo，1964）。在起始的取食位点建立后，J2经过一段时间的膨大之后蜕皮形成三龄幼虫（J3）；取食位点建立后的六到七天三龄幼虫再次蜕皮为四龄幼虫（J4），此时表现明显的雌雄异态，J4期的雄虫表皮开始延伸，而雌虫则继续取食膨大；在侵染八到九天后，J4经历最后一次蜕皮变为成虫。雄成虫恢复蠕虫状从根表钻出，而雌成虫继续膨胀变大呈瓶状，最终突破表皮外露于根外，只留头颈部于根内。土壤中的雄成虫依靠性激素寻求雌成虫交尾（Jaffe 等，1989）在环境条件好的情况下，完成一个生活史需要的时间为 30～35 天，所以 SCN 一年中可以完成几个周期（Niblack 等，2006；Lauritis 等，1983）。

【相似文献】