菜豆金黄花叶病毒属病毒侵染烟粉虱唾液腺和卵巢的机制研究

发布时间：2020-10-25 00:44

　　 在过去的几十年中,菜豆金黄花叶病毒属(Begomovirus)病毒逐渐成为我国重要的虫媒植物病毒类群。目前在我国造成严重危害的该类群病毒主要有番茄黄曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus,,TYLCV)、中国番木瓜曲叶病毒(papaya leaf curl China virus,PaLCuCNV)和中国番茄黄曲叶病毒(tomato yellow leaf curl China virus,TYLCCNV)等。在田间,该类群的病毒主要通过烟粉虱(Bemisia tabaci)传播,且病毒的流行通常伴随着烟粉虱的扩散与暴发。烟粉虱属半翅目粉虱科(Hemiptera:Aleyrodidae),是一个包含至少36个隐存种的物种复合群。烟粉虱以循环持久型的方式传播菜豆金黄花叶病毒属病毒。病毒在烟粉虱的体内循环过程如下:病毒随着植物汁液经过烟粉虱的口针,进入食道,穿过中肠进入血淋巴,最后侵染唾液腺并随着唾液一起分泌至植物中。除此之外,病毒也可能侵染烟粉虱的其他组织,比如经过卵巢来实现垂直传播。在这些过程中,病毒需要穿过肠道以及唾液腺的上皮细胞,或者穿过卵巢中的滤泡细胞后进入发育中的卵。因此,研究病毒在这些过程中的运输机制,对于解析烟粉虱传播菜豆金黄花叶病毒属病毒的生物过程具有十分重要的意义。目前对于菜豆金黄花叶病毒属病毒跨细胞运输的研究主要集中在烟粉虱的中肠,而对于病毒以何种方式侵染烟粉虱的唾液腺和卵巢,以及在这些组织细胞中病毒的运输机制则尚无报道。另外,目前对于烟粉虱垂直传播菜豆金黄花叶病毒属病毒的研究仅限于入侵型烟粉虱,而本地种烟粉虱同样可能在该类群病毒的扩散中发挥重要作用,但截至目前,中国本地种对外来病毒的垂直传播能力尚无研究。因此,我们研究了菜豆金黄花叶病毒属病毒在烟粉虱体内穿过唾液腺细胞或侵染卵巢的分子机制,并比较了不同隐存种烟粉虱垂直传播菜豆金黄花叶病毒属病毒的能力及其分子机制。研究结果如下:1)菜豆金黄花叶病毒属病毒进入烟粉虱唾液腺依赖于网格蛋白介导的胞吞作用大部分病毒通过网格蛋白介导的胞吞作用进入宿主或介体昆虫的细胞。我们通过注射双链RNA对烟粉虱的胞吞过程进行抑制,并采用往烟粉虱血淋巴中直接注射纯化的病毒粒子的方法以排除中肠屏障对血淋巴中病毒量的影响。实验结果显示在网格蛋白介导的胞吞作用受到抑制后,与对照相比,烟粉虱唾液腺中的病毒量显著下降。同时免疫荧光和传毒实验的实验结果也说明病毒进入唾液腺需要借助网格蛋白介导的胞吞作用。2)菜豆金黄花叶病毒属病毒在烟粉虱唾液腺中的运输依赖于早期内体通过注射抑制剂干扰烟粉虱体内的囊泡运输后,烟粉虱的传毒能力显著下降,表明囊泡运输参与病毒在唾液腺中运输的过程。通过注射双链RNA干扰内体网络相关基因后,我们发现仅有早期内体参与病毒在唾液腺中的运输。抑制早期内体可以显著降低进入烟粉虱唾液腺的病毒量以及烟粉虱的传毒能力。而在干扰其他在中肠中帮助病毒运输的基因后,发现唾液腺中病毒量没有显著变化,这表明参与病毒在不同组织中运输的昆虫基因可能有所不同。3)番茄黄曲叶病毒侵染烟粉虱卵巢依赖于早期内体通过注射双链RNA抑制早期内体相关基因后,烟粉虱卵巢中的病毒量显著下降,而干扰晚期内体或循环内体后,卵巢中的病毒量没有显著变化,表明番茄黄曲叶病毒进入烟粉虱的卵巢也依赖于早期内体的运输。4)不同隐存种烟粉虱垂直传播番茄黄曲叶病毒能力比较番茄黄曲叶病毒经卵传播的现象可能是该病毒目前在全球范围内广泛扩散的主要原因之一,这一现象已在两种入侵型烟粉虱中报道。为进一步研究这种病毒经卵传播的普遍意义,我们对包括Asia1、AsiaⅡ1、AsiaⅡ3、AsiaⅡ6、Asia II 7、China 1和China 2在内的7个中国本地种烟粉虱垂直传播番茄黄曲叶病毒的能力进行了比较。结果显示,番茄黄曲叶病毒的DNA能够在除Asia II 7烟粉虱以外的6个本地种子代卵中检测到,也能在Asia 1、AsiaⅡ3和China 1的子代若虫中检测到,但是在这7个本地种的子代成虫中都不能检测到。我们的结果表明,尽管本地种烟粉虱能够在不同程度上经卵传播番茄黄曲叶病毒至Fl代卵或若虫,但却无法通过经卵传播来产生带毒的烟粉虱成虫。5)中国番木瓜曲叶病毒不能经由烟粉虱卵巢进行传播我们采用MEAM1烟粉虱来研究烟粉虱对中国番木瓜曲叶病毒垂直传播能力。实验结果显示,中国番木瓜曲叶病毒不能经由MEAM1烟粉虱的卵巢传播至子代的卵、若虫或成虫。随后基于MEAM1烟粉虱能高效地对番茄黄曲叶病毒进行垂直传播,为探究外壳蛋白在该类群病毒被烟粉虱垂直传播中的作用,我们对这两个病毒进行了外壳蛋白互换。对得到的突变体进行垂直传播能力测定发现,中国番木瓜曲叶病毒部分外壳蛋白基因被番茄黄曲叶病毒替换后,该突变体可以经由烟粉虱传播至烟粉虱子代卵、若虫和成虫,而相应的,番茄黄曲叶病毒突变体则不能经由烟粉虱卵巢进行垂直传播。综上所述,本文研究了菜豆金黄花叶病毒属病毒在烟粉虱唾液腺和卵巢中的内吞途径及运输机制。我们的研究发现,网格蛋白介导的胞吞作用和早期内体网络可能在菜豆金黄花叶病毒属病毒侵染烟粉虱体内各器官的过程中都发挥重要作用。另外,我们还探究了不同隐存种烟粉虱垂直传播同一种病毒以及不同病毒在同一种烟粉虱中垂直传播的能力,结果发现,与烟粉虱介导的病毒水平传播类似,烟粉虱对菜豆金黄花叶病毒属病毒的垂直传播能力也随烟粉虱与病毒组合的不同表现出明显差异,同时病毒的外壳蛋白也在其中发挥决定性作用。我们的研究为进一步解析烟粉虱传播菜豆金黄花叶病毒属病毒的详细过程提供了参考,也为开发针对这些烟粉虱传植物病毒的治理防控策略提供了理论基础。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S433;S432.41
【部分图文】：

浙江大学博士学位论文?文献综述与立题依据??部分地区取代了之前入侵的ＭＥＡＭ１烟粉虱，成为我国北方和南方部分地区的??主要烟粉虱隐存种（储栋等，２００６；?Ｈｕ?ｅｔａｌ．，?２０１１）。??烟粉虱主要通过四种方式为害植物：其中最重要的危害方式为烟粉虱可以传??播植物病毒并引起植物病毒病，烟粉虱可以传播多个类群的病毒，包括菜豆金黄??花什病毒属（５ｅｇｔｗ７ｃｍ＞？１ｙ）、黄化丝状病毒属（Ｃ／ｏ＾ｅｒｏｖｆｍｓ）、长线条病毒属??（ＣＷｍ＿ｖｆｒｉ？）等（Ｎａｖａｓ－Ｃａｓｔｉｌｌｏｅｔａｌ．，?２０１１）。另外，烟粉虱的成虫和若虫直接取??食植物初皮部汁液，高密度的烟粉虱可造成植物衰弱（Ｏｌｉｖｅｉｒａｅｔａｌ．，２００１）。同时，??烟粉虱可以通过分泌蜜露诱发煤污病，阻碍楦物的光合作用，从而影响农产品的??产量与经济价值。最后，烟粉虱的取食过程中分泌的唾液可能会引起植物的生理??异常，如番祐的不规则成熟和西菊芦的银叶反应（Ｓｃｈｕｓｔｅｒ?ｅｔ?ａｌ．，?１９９０；?Ｙｏｋｏｍｉ?ｅｔ??ａｌ＿，１９９０）。??

豆金黄花叶病毒属是双生病毒科中包含物种数量最多的属，根据ＩＣＴＶ的数据显??示，目前已有３２０个以上的独立种（Ｚｅｒｂｉｎｉｅｔａｌ．，２０１７）。??双生病毒科各病毒属的基因組结构及其编码的蛋白如图１．２所示，除菜豆金??黄花叶病毒属外，所有双生病毒科各病毒属均为单组份病毒，只含有一条单链环??状ＤＮＡ分子，而菜豆金黄花叶病毒属则含有单组份和双组份两种类型病毒。单??组份病毒只含有一条环状ＤＮＡ分子，如番庙黄曲叶病毒（ｔｏｍａｔｏ?ｙｅｌｌｏｗ?ｌｅａｆ?ｃｕｒｌ??ｖｉｒｕｓ，ＴＹＬＣＶ）；除此之外，大部分单姐份的菜豆金黄花叶病毒属病毒还伴随有??卫星ＤＮＡ分子ａ或Ｐ，如中国番庙黄曲叶病毒（ｔｏｍａｔｏ?ｙｅｌｌｏｗ?ｌｅａｆ?ｃｕｒｌ?Ｃｈｉｎａ?ｖｉｒｕｓ，??ＴＹＬＣＣＮＶ），其ＤＮＡｐ在诱导楦株产生病毒典型症状方面是必需的。对于双组??份的菜豆金黄花叶病毒属病毒而言，其基因组包含两条大小相近约为２．５－２．６ｋｂ??的环状ＤＮＡ分子

以穿过其传播介体烟粉虱的中肠上皮细胞（Ｘｉａ?ｅｔ?ａｌ．，?２０１８）。??几乎所有的胞吞作用形成的胞吞泡都会经过早期内体的分选过程（Ｍｅｒｃｅｒ?ｅｔ??ａｌ．，２０１０）。如图１．３所示，当大分子或者颗粒性物质经过细胞膜表面的筛选被包??被进入细胞质后，这些胞吞泡会运送至早期内体，隨后这些内吞物被分类进入不??同的胞吞途径，包括进入晚期内体（ｌａｔｅｅｎｄｏｓｏｍｅ，?ＬＥ）和内体－溶酶体系统（ｅｎｄｏ－??ｌｙｓｏｓｏｍａｌｐａｔｈｗａｙ）被降解，或循环回到细胞质膜。在早期内体的膜表面存在着??大量的结合ＧＴＰ的小Ｒａｂ蛋白，包括Ｒａｂ４、Ｒａｂ５、ＲａｂｌＯ、Ｒａｂｌ４、Ｒａｂ２１和??１＾匕２２等蛋白（〇￡＾（＾３１１￡１〇〇１＾，２０１５）。在这些囊泡运输的过程中，１１＆５４主要??负责囊泡的快速循环（＼＾１１＜＾５＿５６１３１．，１９９１），１＾＆５则调控早期内体的分选、融??合与成熟（Ｇｏｒｖｅｌｅｔａｌ．，?１９９１），ＲａｂｌＯ、Ｒａｂｌ４、Ｒａｂ２１?和?Ｒａｂ２２?则负责内体的循??环＾３５１３￥５１＜；３／３１１（１〇３口１３１１
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 蔡健和;秦碧霞;谢艳;陈永惠;;中国番木瓜曲叶病毒在南宁的发生及其烟粉虱传播和中间寄主初步研究[J];植物保护;2007年01期

2 褚栋,张友军,丛斌,徐宝云,吴青君;云南Q型烟粉虱种群的鉴定[J];昆虫知识;2005年01期

本文编号：2855202