煙粉虱-寄主植物-雙生病毒互作及芥子油苷在三者互作中的作用.pdf

1、煙粉虱（Bemesia tabaci）是由至少36個隱種組成的隱種復合體，其中的一些隱種如MEAM1和MED由于其繁殖能力強、寄主適應范圍廣、抗藥性強等特點近年來隨著貿(mào)易活動的往來快速地入侵到世界各地。它們以持久性可循環(huán)的方式傳播雙生病毒，并與其進化出獨特的關(guān)系。煙粉虱的暴發(fā)通常伴隨著雙生病毒病的流行。雙生病毒對寄主植物的基因表達和生理功能的調(diào)控可能影響煙粉虱的種群動態(tài)，進而又影響病毒本身的傳播。茉莉酸信號通路(JA signaling

2、)及其調(diào)節(jié)的次生代謝物質(zhì)（如芥子油苷和萜類化合物等）在植物應對病原物及昆蟲取食過程中起著重要作用。
　　本文先從煙粉虱的角度出發(fā)探討了植物JA防御途徑對煙粉虱適合度的影響及其基因表達的調(diào)控;然后探討了重要農(nóng)業(yè)經(jīng)濟作物番茄在應對煙粉虱取食、病毒感染以及兩者共同侵染時的基因表達變化;最后以模式植物擬南芥為材料，探討煙粉虱及病毒致病因子βC1在擬南芥芥子油苷生成中的影響以及這種影響對煙粉虱適合度的作用。研究結(jié)果如下:
　　1)JA

3、防御途徑對煙粉虱基因表達及適合度的影響
　　通過第二代測序技術(shù)，從轉(zhuǎn)錄水平上揭示了MEMA1煙粉虱應對植物JA防御反應的分子機制。煙粉虱在JA激活的煙草上取食3天后，共有242條基因上調(diào)，450條基因下調(diào)。對這些基因的分析結(jié)果表明，煙粉虱的初級代謝過程如糖代謝、氨基酸代謝、脂代謝等等都被顯著地下調(diào);與能量代謝有關(guān)的基因都被顯著下調(diào)，說明能量代謝很可能受到抑制。然而與煙粉虱解毒相關(guān)的基因都顯著地上調(diào)，說明煙粉虱解毒活動增強。另外，結(jié)

4、果顯示，與煙粉虱細胞周期、神經(jīng)性疾病等有關(guān)的基因都受到顯著地調(diào)節(jié)。這些結(jié)果表明煙粉虱主動調(diào)節(jié)其基因表達來降低植物防御對其的傷害，卻也可能仍然受到植物抗性物質(zhì)的毒害作用，導致煙粉虱在JA途徑激活的煙草上死亡率升高。
　　2)番茄應對煙粉虱取食、病毒感染以及煙粉虱-病毒共同侵染的分子機制通過第二代測序技術(shù)，分析了番茄在受到煙粉虱取食、病毒感染以及煙粉虱-病毒共同侵染條件下的基因表達。三種處理得到的差異表達基因分別為324條、686條和

5、996條，共同感染對番茄基因表達的影響最為明顯，不同處理間調(diào)節(jié)的基因有部分重疊也有各處理特異差異表達的基因，并且重疊的基因大多都有著相同的調(diào)節(jié)模式。病毒感染及共同感染顯著地抑制了番茄的光合作用及苯丙素和類黃酮代謝過程，可能與病毒感染引起番茄植物黃化有關(guān)。同時，許多與細胞壁及碳代謝有關(guān)的基因都受到顯著地調(diào)節(jié)。番茄免疫反應相關(guān)的許多抗性基因以及病程相關(guān)基因被顯著上調(diào)，說明番茄可能通過基礎(chǔ)免疫以及基因?qū)蚩剐詠碜R別和抵御煙粉虱取食和病毒感染

6、。在對植物激素的分析中，發(fā)現(xiàn)JA途徑相關(guān)基因受到病毒感染和共同侵染時的抑制，而與生長有關(guān)的激素如生長素、細胞分裂素、脫落酸、赤霉素等受到更為顯著地調(diào)節(jié)，這些可能與病毒感染及昆蟲取食引起植物生理異常如矮化、葉片卷曲等有關(guān)。另外有許多差異表達基因沒有功能注釋或者其在植物-昆蟲-病毒互作中的研究很少，如組蛋白相關(guān)基因。
　　3)次生代謝物芥子油苷在煙粉虱-植物-病毒三者互作中的作用
　　通過對煙粉虱處理以及轉(zhuǎn)βC1基因植株芥子油苷

7、含量的測定，發(fā)現(xiàn)煙粉虱的取食能顯著誘導擬南芥芥子油苷的生成，而βC1基因能顯著地抑制擬南芥芥子油苷的生成。蓮座葉中脂肪族芥子油苷含量在生長初期占主要部分，隨著擬南芥的生長而逐漸降低，而吲哚族芥子油苷含量保持穩(wěn)定并在后期成為葉片中主要的芥子油苷。生物測定結(jié)果顯示，芥子油甘含量降低沒有顯著提高煙粉虱產(chǎn)卵量，但吲哚族芥子油苷的過量表達能顯著影響煙粉虱的產(chǎn)卵量及發(fā)育速率;βC1基因通過影響JA途徑而提高煙粉虱的適合度，次生代謝物芥子油苷及萜類等