扶桑綿粉蚧應(yīng)對抗性棉花品種的取食行為和分子機制.pdf

1、扶桑綿粉蚧是一種危害棉花、蔬菜和觀賞植物的多食性害蟲，其寄主范圍廣、適應(yīng)性強，在世界多個國家和地區(qū)都有分布，并已嚴(yán)重威脅世界多個國家的農(nóng)林生產(chǎn)安全。目前對扶桑綿粉蚧的研究主要在起源、分布與擴散，寄主范圍和危害，形態(tài)特征、生物學(xué)特性和防控技術(shù)等方面，而對扶桑綿粉蚧的取食行為及其分子生物學(xué)的相關(guān)研究較少。本實驗室經(jīng)前期研究，發(fā)現(xiàn)扶桑綿粉蚧的繁殖力及種群增長力在不同棉花品種上有極大的差異，比如，扶桑綿粉蚧每頭產(chǎn)卵量在中棉所41上是在中棉所59

2、上的2.4倍。為此，本研究用刺吸電位圖譜技術(shù)，研究扶桑綿粉蚧所在中棉所41、48和59（簡稱中-41，中-48和中-59）三個不同品種棉花上的取食行為，并經(jīng)分析扶桑綿粉蚧口針在植物體內(nèi)的位置以及發(fā)生的各種行為過程，揭示了扶桑綿粉蚧在不同品種棉花上刺探電位波形與昆蟲刺探、取食行為之間的對應(yīng)關(guān)系；同時，用轉(zhuǎn)錄組測序方法研究了扶桑綿粉蚧在不同品種棉花上的基因表達差異。其主要結(jié)果如下：
　　1扶桑綿粉蚧吸食不同品種棉花的刺吸電位研究

3、>　　刺吸電位圖譜(Electrical penetration graph,EPG)研究結(jié)果表明，扶桑綿粉蚧在3種不同品種棉花上都可以產(chǎn)生np、A、B、C、pd、E、F、G、R等9種取食波形，多了一種類似于葉蟬的休息波-R波。采用二級組合波形對綿粉蚧的取食行為進一步分析發(fā)現(xiàn)，扶桑綿粉蚧刺吸棉花汁液的行為可分為二級三階段，一級為np_ABC過程，其是一個入刺過程，由np（入刺位選擇），np_A（入刺表皮），np_BC（吸食位刺探）三個階

4、段組成；而后進入二級pd_BCEG過程，其是一個吸食過程，在韌皮部取食時由pd_BC（吸食位選擇），pd_E1（吸食物處理），pd_E2（韌皮部吸食）三階段，但在木質(zhì)部取食時，基本不需pd_E1階段。其吸食行為無論在韌皮部（E2）或木質(zhì)部（G）吸食，pd與pdC波時，均是中-59顯著長于中-41；而pdB在韌皮部吸食時二者差異不顯著，在木質(zhì)部吸食時，中-41顯著長于中-59，但吸食的E2與G波的持續(xù)時間，在韌皮部中-41顯著長于中-59

5、，在木質(zhì)部中-59顯著長于中-41。上述結(jié)果表明，中-59較中-41表現(xiàn)出抗蟲性的原因是其體內(nèi)存在一定的抗性物質(zhì)，且這些抗性物質(zhì)很可能存在于韌皮部。
　　2利用轉(zhuǎn)錄組測序研究不同抗性棉花品種對扶桑綿粉蚧基因表達的影響
　　對在中-41和中-59上繁殖多代的扶桑綿粉蚧雌成蟲進行轉(zhuǎn)錄組測序，共得到轉(zhuǎn)錄本47035個，篩選出差異轉(zhuǎn)錄本314個，其中下調(diào)的轉(zhuǎn)錄本為236個，上調(diào)的為78個，差異顯著性表達轉(zhuǎn)錄本占總表達轉(zhuǎn)錄本的0.67

6、％。測序得到的基因共參與了56個GO二級分類，其中比例超過10%的二級分類有16個，分別是分子功能中的結(jié)合和催化活性，細胞組分中的膜、膜部件、細胞、細胞部件、細胞器、細胞器部件和大分子復(fù)合，生物過程中的細胞過程、單一生物過程、代謝過程、生物調(diào)節(jié)、生物過程調(diào)節(jié)，建立定位和定位。經(jīng)對差異表達基因的GO功能分析，下調(diào)的GO terms有39個，其中參與結(jié)合、發(fā)育歷程、催化活性、代謝過程這4個GO terms的下調(diào)基因數(shù)目較多；上調(diào)的GO te

7、rms有28個，其中參與結(jié)合、細胞器、催化活性、代謝過程這4個GO terms的上調(diào)基因數(shù)目較多。并經(jīng)分析得到了21條富集通路，下調(diào)的基因富集數(shù)為46個，占下調(diào)非富集基因（95個）的48.4%，從代謝角度分析，主要涉及到脂類代謝、蛋白質(zhì)代謝、糖代謝這三條代謝途徑。上調(diào)的基因富集數(shù)為14個，占上調(diào)非富集基因（20個）的70.0%，從代謝角度分析，主要涉及能量代謝1條途徑。
　　對差異基因的KEGG代謝通路分析發(fā)現(xiàn)，氧化磷酸化和能量代

8、謝相關(guān)途徑下調(diào)，表皮角質(zhì)、蠟質(zhì)、軟木脂、黑色素等防御相關(guān)途徑上調(diào)，Wnt信號通路上調(diào)。表明扶桑綿粉蚧取食中-59后，受到中-59中抗性物質(zhì)的影響，其取食代謝減緩，出于自身對抗性物質(zhì)的防護，使扶桑綿粉蚧相應(yīng)的防御系統(tǒng)得到加強，以起到保護作用。Wnt信號中相關(guān)的基因上調(diào)，抑制了糖原合成酶激酶介導(dǎo)的磷酸化作用，使磷酸化途徑中相關(guān)基因表達受阻，合成ATP減緩，進一步說明中-59相較于中-41有一定的抗蟲性。
　　對與棉酚拮抗有關(guān)P450基