扶桑绵粉蚧应对抗性棉花品种的取食行为和分子机制
扶桑绵粉蚧是一种危害棉花、蔬菜和观赏植物的多食性害虫，其寄主范围广、适应性强，在世界多个国家和地区都有分布，并已严重威胁世界多个国家的农林生产安全。目前对扶桑绵粉蚧的研究主要在起源、分布与扩散，寄主范围和危害，形态特征、生物学特性和防控技术等方面，而对扶桑绵粉蚧的取食行为及其分子生物学的相关研究较少。本实验室经前期研究，发现扶桑绵粉蚧的繁殖力及种群增长力在不同棉花品种上有极大的差异，比如，扶桑绵粉蚧每头产卵量在中棉所41上是在中棉所59上的2.4倍。为此，本研究用刺吸电位图谱技术，研究扶桑绵粉蚧所在中棉所41、48和59（简称中-41，中-48和中-59）三个不同品种棉花上的取食行为，并经分析扶桑绵粉蚧口针在植物体内的位置以及发生的各种行为过程，揭示了扶桑绵粉蚧在不同品种棉花上刺探电位波形与昆虫刺探、取食行为之间的对应关系；同时，用转录组测序方法研究了扶桑绵粉蚧在不同品种棉花上的基因表达差异。其主要结果如下： 1扶桑绵粉蚧吸食不同品种棉花的刺吸电位研究 刺吸电位图谱(Electrical penetration graph,EPG)研究结果表明，扶桑绵粉蚧在3种不同品种棉花上都可以产生np、A、B、C、pd、E、F、G、R等9种取食波形，多了一种类似于叶蝉的休息波-R波。采用二级组合波形对绵粉蚧的取食行为进一步分析发现，扶桑绵粉蚧刺吸棉花汁液的行为可分为二级三阶段，一级为np_ABC过程，其是一个入刺过程，由np（入刺位选择），np_A（入刺表皮），np_BC（吸食位刺探）三个阶段组成；而后进入二级pd_BCEG过程，其是一个吸食过程，在韧皮部取食时由pd_BC（吸食位选择），pd_E1（吸食物处理），pd_E2（韧皮部吸食）三阶段，但在木质部取食时，基本不需pd_E1阶段。其吸食行为无论在韧皮部（E2）或木质部（G）吸食，pd与pdC波时，均是中-59显著长于中-41；而pdB在韧皮部吸食时二者差异不显著，在木质部吸食时，中-41显著长于中-59，但吸食的E2与G波的持续时间，在韧皮部中-41显著长于中-59，在木质部中-59显著长于中-41。上述结果表明，中-59较中-41表现出抗虫性的原因是其体内存在一定的抗性物质，且这些抗性物质很可能存在于韧皮部。 2利用转录组测序研究不同抗性棉花品种对扶桑绵粉蚧基因表达的影响 对在中-41和中-59上繁殖多代的扶桑绵粉蚧雌成虫进行转录组测序，共得到转录本47035个，筛选出差异转录本314个，其中下调的转录本为236个，上调的为78个，差异显著性表达转录本占总表达转录本的0.67％。测序得到的基因共参与了56个GO二级分类，其中比例超过10%的二级分类有16个，分别是分子功能中的结合和催化活性，细胞组分中的膜、膜部件、细胞、细胞部件、细胞器、细胞器部件和大分子复合，生物过程中的细胞过程、单一生物过程、代谢过程、生物调节、生物过程调节，建立定位和定位。经对差异表达基因的GO功能分析，下调的GO terms有39个，其中参与结合、发育历程、催化活性、代谢过程这4个GO terms的下调基因数目较多；上调的GO terms有28个，其中参与结合、细胞器、催化活性、代谢过程这4个GO terms的上调基因数目较多。并经分析得到了21条富集通路，下调的基因富集数为46个，占下调非富集基因（95个）的48.4%，从代谢角度分析，主要涉及到脂类代谢、蛋白质代谢、糖代谢这三条代谢途径。上调的基因富集数为14个，占上调非富集基因（20个）的70.0%，从代谢角度分析，主要涉及能量代谢1条途径。 对差异基因的KEGG代谢通路分析发现，氧化磷酸化和能量代谢相关途径下调，表皮角质、蜡质、软木脂、黑色素等防御相关途径上调，Wnt信号通路上调。表明扶桑绵粉蚧取食中-59后，受到中-59中抗性物质的影响，其取食代谢减缓，出于自身对抗性物质的防护，使扶桑绵粉蚧相应的防御系统得到加强，以起到保护作用。Wnt信号中相关的基因上调，抑制了糖原合成酶激酶介导的磷酸化作用，使磷酸化途径中相关基因表达受阻，合成ATP减缓，进一步说明中-59相较于中-41有一定的抗虫性。 对与棉酚拮抗有关P450基因的筛选和分析发现，P4506a13和P4506a14为表达差异显著的抗性基因，并对相关的GO terms绘制解毒的GO机理图和功能图，进而推论扶桑绵粉蚧极有可能是经过氧化还原作用进行解毒的。
扶桑绵粉蚧;抗性棉花品种;取食行为;分子机制
中国计量大学
硕士
生物化学与分子生物学
商晗武
2016
中文
S433.3
95
2017-06-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）