顺-3-己烯醇诱导茶树对茶尺蠖抗性的分子机制

发布时间：2020-11-19 14:38

　　 在漫长的协同进化中,植物进化出了包括诱导抗性在内的一系列对抗植食性昆虫的手段。植物的抗虫相关基因的表达和防御物质的合成会被一些物质激活,进入“priming”的抗虫预启动状态。绿叶挥发物(green leaf volatiles,GLVs)在诱导抗虫反应的priming状态中起着重要作用,它可以上调或者加速植物对于植食性害虫取食的响应。但是目前关于priming诱导物质如何精准的调控后续反应知之甚少。茶树(Camellia sinensis)是原产于中国的重要经济作物,拥有令人瞩目的营养价值和经济价值。但是,茶树经常因茶尺蠖(Ectropis obliqua Prout)的取食危害减产甚至绝产。顺-3-己烯醇((Z)-3-hexenol,z3HOL)作为GLVs的重要组成物质,可以诱导茶树进入预启动状态以对抗茶尺蠖的取食危害,但是其诱导的机理尚不清晰。在本研究中,我们利用z3HOL喷施龙井43号茶树幼苗并取其幼嫩叶片饲喂茶尺蠖幼虫,对不同处理下茶尺蠖幼虫的生长发育状况进行测定;对茶尺蠖幼虫取食的经和未经z3HOL处理的茶树叶片进行了转录组测序,并对数据进行分析挖掘;对转录组数据显示的差异性比表达基因(differentially expressed genes,DEGs)进行了基于实时荧光定量PCR技术(Quantitative Real-time PCR,qRT-PCR)的表达水平验证,主要研究结果如下:(1)连续饲喂经z3HOL处理过的茶树嫩叶,会明显降低2龄和3龄的茶尺蠖幼虫体重量会下降25%~30%,但是对4龄幼虫无明显影响;实验组2龄和3龄幼虫幼虫死亡率会上升0.43倍和0.3倍,但是对4龄幼虫无明显影响;实验组幼虫发育历期显著延长。(2)对转录组测序结果进行分析,共有318条基因出现了差异性表达。其中,有58条基因与茶树的抗性相关,包括:6条控制茉莉酸和乙烯合成的关键酶基因、26条信号转导相关基因、12条转录因子相关基因、14条直接或间接抗性相关基因。(3)选择20条差异性表达基因进行qRT-PCR验证,这20条DEGs包括14条信号转导相关基因和6条诱导抗性相关基因。所选基因在茶尺蠖幼虫取食后表达水平均发生上调;有18条基因在z3HOL和茶尺蠖取食的双重处理下表达水平显著高于茶尺蠖幼虫单一处理;有18条基因在JA和机械损伤的不同处理下表达水平上调;有5条信号转导基因在ACC的处理下差异性表达。我们研究结果表明,经z3HOL诱导处于预启动状态的茶树受到茶尺蠖幼虫取食后,茶树会通过位于细胞膜表面的蛋白激酶RLKs和Ca~(2+)信号物质快速感受到这些危害刺激。这些信号途径会在短时间内激活MAPK级联反应和WRKY转录因子。这些被激活的处于上游的MPKs和WRKYs又接着上调防御相关信号物质合成的基因,进而增加植物体内JA、ET等防御类物质的含量,并以此来实现对于植食性昆虫危害的直接或间接防御。同时,JA含量水平的增加又会激活早期信号传导基因的表达如RLKs和Ca~(2+),因此,可以作为抗性循环中放大信号的物质,并进一步提升植物的防御能力。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S435.711
【部分图文】：

3HOL的处理对茶尺蠖取食茶树叶片的影响

处理TreatmentLarval life(days)Pupal length(mm)Pupal width(mm)Pupal weight(mg)Pupal dur(daysControl 13.53 ±0.36 13.58 ±0.07 4.73 ±0.06 125.38 ±4.05 8.30 ±0z3HOL 15.07 ±0.36** 13.45 ±0.06 4.43 ±0.06 ** 108.85 ±3.62** 8.45 ±0星号标记表示实验组和对照组之间存在明显差异（**P＜0.01；独立样本 T 检验）Asterisks indicate significant differences between treatments and controls (**P < 0.01; Student’s t test)3.2 数字基因表达谱显示 z3HOL 诱导 priming 中茶树多种基因上调在得到 z3HOL 处理过的茶树叶片转录组分析数据后，我们在设定差异倍数值大1（P＜0.05）的条件下对差异基因进行筛选，共有 318 条基因在此条件之列。以基因释和现有研究为依据，我们将参与茶树不同生理过程和生化反应的基因进行了归类在众多的相关基因中，如图 2 所示，有 91 条基因编码的蛋白质功能还未得到解析，陈代谢相关基因 50 条，生长发育相关基因 22 条，转运相关基因 23 条，能量供放相基因 18条。除此之外，有多达 58条基因与茶树叶片的抗性相关。

1 条与 ET 途径相关的基因，它是该途径的关键酶合成基因 ACS。我们进一步的实验数据表明，如图3 所示，这 6 条基因在 z3HOL 的处理下均表现出了较高的上调水平，除了 2 号酰基辅酶 A 氧化基因(acyl-coenzyme A oxidase,ACX)2 之外的另外 4 条与 JA 途径相关的抗性基因，在茉莉酸、茶尺蠖取食、机械损伤的处理下表达水平均出现了上调。表 3 z3HOL处理的茶叶经尺蠖幼虫取食 6h 后表达上调的 JA和 ET 途经相关基因Table 3 Upregulated genes of the JA and ET synthetic pathways from z3HOL-primed tea leaves which were subsequentlyexposed to 6 h of TG herbivory差异性表达基因EST倍数Log2(Fold change)P 值P-value预测描述Putative mRNA descriptionJAcomp101226_c0 1.53 0.031 Allene oxide cyclase (Camellia sinensis)comp44285_c0 2
【参考文献】

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本文编号：2890116