茉莉酸及水杨酸信号路径在番茄防御烟粉虱中的作用研究

发布时间：2020-09-10 13:22

　　 在自然界中,植物常常面临多种植食者的同时进攻,为了应对不同取食方式的植食者,植物会激活不同的防御反应。茉莉酸、水杨酸和乙烯信号路径是目前已知的植物体调控自身防御反应的三个重要信号路径,而这些信号路径间的交互作用,被认为是植物精确调控防御反应,提高其适应性的重要表现。但是最近一些研究表明,植食者能够利用植物体内不同信号路径间的交互作用,直接或间接干扰植物有效防御信号路径的激活,达到抑制植物防御反应的目的,这是植食性昆虫反防御策略之一。烟粉虱是近年来快速入侵我国的重要农业害虫。以往的研究表明,烟粉虱同样具有反防御策略。其表现为:烟粉虱取食能够显著诱导寄主植物,如利马豆和拟南芥,体内的水杨酸防御反应;同时抑制与抗虫相关的茉莉酸防御反应。通过这种反防御策略,烟粉虱不仅发育速度变快,而且后代存活率显著提高。虽然有关寄主植物应对烟粉虱取食的生理、生化及分子机理的研究近年已取得长足进展,但是关于烟粉虱如何抑制寄主植物防御反应内在机制的研究仍处于推论阶段,尚缺乏结论性试验证据。本文以烟粉虱及其田间寄主植物番茄作为研究对象,详细分析番茄应对烟粉虱取食后其防御反应的动态变化;同时利用番茄不同信号路径的突变体,结合室内及田间试验,深入分析茉莉酸防御反应在番茄防御烟粉虱中的作用,初步探讨了茉莉酸-水杨酸信号间互作在烟粉虱反防御过程中的作用。研究结果如下:1.茉莉酸防御反应在番茄防卫烟粉虱中的作用对比分析野生型植株(CM)、茉莉酸沉默突变体(def-1和Spr-2)、及茉莉酸过量表达体植株(35S)上烟粉虱若虫的发育速率及成虫的产卵量及存活率。研究结果表明:与野生型植株相比,烟粉虱成虫在def-1、Spr-2和35S植株上的产卵量及存活率并无显著变化;但是,与野生型植株相比,烟粉虱若虫def-1和Spr-2植株上的发育速率显著加快,而在35S植株上的发育速率则显著变慢。田间情况下,与野生型植株相比,烟粉虱若虫在def-1植株上的发育速率显著加快,而在35S植株上的发育速率则显著变慢,在Spr-2植株上的发育速率无显著变化。另外,我们分别利用外源植物激素茉莉酸和水杨酸溶液喷洒处理健康植株,诱导其产生相应的防御反应,然后测定若虫的发育速率。与对照植株相比,外源茉莉酸处理植株上烟粉虱若虫的发育速率明显变慢;而外源水杨酸处理植株上若虫发育速率并无显著变化。综合分析以上的生测试验结果,我们认为茉莉酸信号路径调控的防御反应在番茄防御烟粉虱若虫发育中起关键作用,但对其成虫发育则无显著作用。2.烟粉虱诱导番茄体内茉莉酸、水杨酸防御反应变化对比分析了烟粉虱取食前后,野生型植株(MM)内源植物激素茉莉酸和水杨酸的动态变化。研究结果表明,与健康番茄植株相比,烟粉虱取食之后番茄植株体内的茉莉酸累积量先上升,且在取食后12h出现最高峰,随后随着取食时间的延长逐渐降低,并恢复到对照水平;而水杨酸的累积量则随着烟粉虱取食时间的延长不断的增加。另外,我们还测定了茉莉酸信号路径上三个防御基因(Lox-D、PI-I、PI-II)的表达情况,研究结果表明,上游基因Lox-D在烟粉虱取食12h前其表达量显著增加,但随着烟粉虱取食时间的延长,其表达量逐渐降低;同样下游防御基因PI-I和PI-II分别在烟粉虱为害12、48h前其表达量均显著增强,但随着取食时间延长,其表达量逐渐降低,并恢复到对照水平。植物激素及基因表达的结果表明,烟粉虱为害番茄后,主要诱导水杨酸防御反应,同时抑制茉莉酸防御反应。3.水杨酸信号路径在烟粉虱反防御过程中的作用田间情况下,对比分析野生型植株(MM)和水杨酸沉默突变体(Nah G)上烟粉虱若虫的发育速率。研究结果表明,与野生型植株相比,烟粉虱若虫在Nah G植株上的发育速率显著变慢。同时我们还测定了田间条件下烟粉虱为害MM和Nah G后茉莉酸和水杨酸的动态变化。结果表明,烟粉虱取食后MM植株体内水杨酸含量显著增加,但茉莉酸含量显著降低,这与室内的结果一致;但是当水杨酸信号路径被沉默时,烟粉虱能够诱导Nah G植株体内茉莉酸显著增加。行为生测及植物激素结果说明,烟粉虱激活的水杨酸信号路径在抑制寄主植物番茄茉莉酸防御反应中起重要作用。
【学位单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：S436.412
【部分图文】：

微虫笼

不同番茄植株上烟粉虱成虫产卵量注：比较不同番茄植株上烟粉虱成虫产卵量的差异，Y轴代表每雌每天的平均产卵数目，

28图 3.2 不同番茄植株上烟粉虱成虫存活率比较不同番茄植株上烟粉虱成虫存活率的差异，Y 轴代表成虫的存活率，虱取食的时间，分别为 7 天、10 天和 14 天。

【参考文献】

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本文编号：2815875