烟粉虱响应番茄防御反应的分子机制
烟粉虱Bemisia tabaci MEAM1和MED隐种因其极高的寄主与环境适应性，入侵到我国后迅速暴发成灾，对农业生产造成严重危害。烟粉虱取食寄主植物时会将唾液注入植物组织，唾液中的“效应子”(effectors)可能是烟粉虱能够抵御植物防御反应并成功取食的“武器”，是烟粉虱能取食数百种寄主并成功入侵的重要因素。本研究拟通过烟粉虱唾液腺转录组、差异表达谱和唾液蛋白质谱等方法，筛选烟粉虱唾液及唾液腺中的功能因子，揭示烟粉虱-寄主植物互作的分子机制，具体结果如下: 1.通过唾液腺转录组测序及生物信息学分析方法获得了55，630个unigenes，其中，581个unigenes预测为MEAM1的唾液分泌蛋白，这些预测分泌蛋白中81.6％具有功能注释。功能注释显示，烟粉虱主唾液腺的主要功能是加工、合成和分泌蛋白。唾液腺的unigenes富集于糖代谢、氨基酸代谢、解毒代谢以及钙信号等多个生物途径。分析结果表明烟粉虱唾液腺中的潜在分泌蛋白主要参与早期免疫反应、调节植物防御信号和降解韧皮部汁液中有毒物质等过程。581个潜在的分泌蛋白就像一座宝库，里面蕴藏着烟粉虱-植物互作的激发子(elicitors)和效应子，为继续开展烟粉虱-植物互作研究奠定了极其重要的基础。 2.通过Shotgun质谱鉴定技术鉴定出了烟粉虱水状唾液含有蛋白、酶类等150条肽段，分析结果得到25种蛋白，如麦芽糖酶、葡糖脱氢酶、钙调蛋白、钙转运ATP酶、钙腔蛋白、热激蛋白、组蛋白、肌球蛋白、肌钙蛋白、微管蛋白等。通过蛋白功能注释分析发现，部分唾液蛋白参与了体外消化、抑制植物防御反应和解毒植物防御物质等生化途径。 3.通过测定和分析未产生反防御反应的烟粉虱(CK)、产生瞬时反防御反应的烟粉虱(取食植物2h)和产生长时反防御反应的烟粉虱(取食植物24h)的差异基因表达谱，发现与对照相比，取食诱导防御启动2h的寄主后，烟粉虱唾液中有2，623个基因发生了上调;而取食诱导防御启动24h的寄主后，烟粉虱唾液中有3，349个基因发生上调;诱导防御启动24h与启动2h后的寄主比较，唾液中有1，236个基因发生上调，说明烟粉虱对植物的防御反应具有时间效应。取食植物2h与取食饲养液相比，与反防御和营养物质代谢相关的基因发生上调，特别是钙离子信号通路被激活;取食植物24h与2h的烟粉虱相比，仅营养物质和有毒物质的代谢通路基因富集，说明烟粉虱在口针刺入植物2h时反防御反应就已经发生。通过差异基因表达谱分析找出了部分可能在烟粉虱-植物互作过程中起重要调节作用的潜在效应子。 4.克隆了编码唾液分泌蛋白的漆酶1基因，通过荧光定量、RNAi和生物学实验等技术手段发现漆酶1可能存在于烟粉虱水状唾液中，漆酶1基因在烟粉虱整个生活周期均有表达，在唾液腺和中肠中表达量较高，取食植物比取食人工饲料时表达量高，取食外施茉莉酸引起防御反应的植物比取食对照植物时表达量高，RNAi后对烟粉虱在人工饲养液上的生存没有显著影响，而对在植物上的生存有显著影响。得出漆酶1是在烟粉虱取食过程中发挥重要作用的蛋白，推测漆酶1很可能是烟粉虱唾液中的效应因子，能参与响应植物的防御反应，解毒植物中的有毒物质，促进烟粉虱在植物上的存活。 综上所述，唾液在烟粉虱取食和应对植物防御反应中起着关键作用，漆酶1在烟粉虱应对番茄防御反应过程中发挥重要的作用。本研究得到的潜在唾液分泌蛋白是昆虫与植物互作的重要物质，为深入研究烟粉虱与寄主植物的互作机制、寻找烟粉虱防治的靶标基因和抗虫植物育种提供依据。
烟粉虱;寄主植物;互作机制;唾液腺转录组;唾液分泌蛋白;漆酶1
中国农业科学院
博士
农业昆虫与害虫防治
程登发
2017
中文
S433.3
95
2017-12-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）