轉(zhuǎn)錄分析煙粉虱應對寄主轉(zhuǎn)換的分子機制及唾液效應因子BtQ56在其中的作用.pdf

1、煙粉虱Bemisia tabaci是一個物種復合體，至少包含34個外部形態(tài)難以區(qū)分但相互之間存在生殖隔離的隱種。其中，Middle East Asia Minor1(MEAM1)和Mediterranean(MED)煙粉虱是世界范圍的入侵害蟲，已入侵到包括中國在內(nèi)的許多國家和地區(qū)并逐漸取代許多土著煙粉虱，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大危害。本實驗室之前的研究發(fā)現(xiàn)，入侵煙粉虱MEAM1比土著煙粉虱AsiaⅡ3具有更廣泛的寄主范圍，這可能是其能夠入侵和

2、取代土著煙粉虱的重要原因之一。在自然環(huán)境中，煙粉虱的擴散和繁衍需要應對和利用不同的寄主植物，因此明確不同隱種煙粉虱在寄主適應能力上的差異及寄主適應性的分子機制，對深入了解煙粉虱的入侵機制和煙粉虱-植物互作的復雜關系有著重要的意義。
　　本論文首先比較了入侵煙粉虱MEAM1和土著煙粉虱AsiaⅡ3從其適宜寄主棉花上轉(zhuǎn)移到不適寄主煙草上后死亡率和產(chǎn)卵量的差異。然后通過數(shù)字基因表達譜技術分析了寄主轉(zhuǎn)換后，兩個隱種煙粉虱在基因轉(zhuǎn)錄水平上的

3、差異。最后結合煙粉虱唾液腺轉(zhuǎn)錄組，篩選與煙粉虱寄主適應性相關的唾液效應因子蛋白并研究其功能。研究結果如下:
　　(1) MEAM1煙粉虱具有更強的適應寄主轉(zhuǎn)換的能力
　　當MEAM1和AsiaⅡ3煙粉虱從棉花上轉(zhuǎn)移到煙草上24 h后，其死亡率和繁殖力都發(fā)生顯著變化，但MEAM1的死亡率顯著低于AsiaⅡ3煙粉虱，而MEAM1的單頭產(chǎn)卵量則要顯著高于AsiaⅡ3，這說明與AsiaⅡ3煙粉虱相比MEAM1煙粉虱具有更強的適應非適

4、宜寄主的能力。
　　(2)寄主轉(zhuǎn)移后MEAM1和AsiaⅡ3煙粉虱的基因轉(zhuǎn)錄差異
　　通過數(shù)字基因表達譜分析了MEAM1和AsiaⅡ3煙粉虱寄主轉(zhuǎn)換前后的基因表達的不同，發(fā)現(xiàn)兩個隱種煙粉虱的基因轉(zhuǎn)錄存在巨大差異，MEAM1煙粉虱的差異表達基因數(shù)量遠小與AsiaⅡ3。AsiaⅡ3煙粉虱的差異表達基因的變化倍數(shù)更大且以下調(diào)為主，而MEAM1的差異表達基因的變化倍數(shù)較小且多為上調(diào)。寄主轉(zhuǎn)換后，AsiaⅡ3煙粉虱的碳水化合物及能量代

5、謝途徑受到了顯著的抑制，而MEAM1煙粉虱則受影響不大。此外，MEAM1煙粉虱的基因表達和蛋白代謝途徑在寄主轉(zhuǎn)換后被激活。相對于解毒酶基因在MEAM1煙粉虱中的持續(xù)高表達，絕大多數(shù)的解毒酶基因在AsiaⅡ3中下調(diào)。P450、GST和酯酶的酶活力測定進一步證明了MEAM1煙粉虱的解毒代謝能力比AsiaⅡ3煙粉虱強。
　　(3)唾液蛋白BtQ56在寄主轉(zhuǎn)換中的作用
　　結合表達譜和唾液腺轉(zhuǎn)錄組信息，我們篩選了68個可能與寄主適應

6、性相關的疑似唾液蛋白基因，通過RNAi和植物瞬時表達等方法發(fā)現(xiàn)一個唾液蛋白BtQ56具有促進煙粉虱存活和產(chǎn)卵的功能。BtQ56基因是一個在煙粉虱唾液腺中特異性高表達的功能未知基因，氨基酸序列含有信號肽且不含跨膜區(qū)，具有典型的分泌蛋白結構，且未在GeneBank中檢索到任何同源基因或保守的功能結構域。BtQ56基因在入侵煙粉虱MEAM1和MED中的表達量遠遠高于土著AsiaⅡ3煙粉虱。在寄主轉(zhuǎn)換后BtQ56基因在MEAM1和MED煙粉虱中

7、顯著上調(diào)，而AsiaⅡ3煙粉虱中變化不大，這表明大量的BtQ56可能在寄主轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著重要作用。通過Western blot的方法，我們在煙粉虱取食過的植物中檢測到了BtQ56蛋白，從而證明BtQ56是一個煙粉虱唾液分泌蛋白。為進一步明確BtQ56是如何增強煙粉虱寄主適應性的，我們分析了BtQ56作用于植物后對植物防御反應相關基因轉(zhuǎn)錄的影響，發(fā)現(xiàn)BtQ56可能誘導SA途徑并抑制JA途徑及植物蛋白酶抑制劑基因的轉(zhuǎn)錄，以此達到抑制植物抗

8、性促進煙粉虱存活的目的。
　　綜上所述，在煙粉虱應對非適宜寄主的過程中，入侵煙粉虱與土著隱種煙粉虱之間在適應能力上存在明顯差異。從棉花轉(zhuǎn)移到煙草后，碳水化合物及能量代謝和解毒代謝在AsiaⅡ3煙粉虱中受到顯著的抑制，而在MEAM1中變化不大，說明MEAM1在這些方面具有較強的耐受能力?；虮磉_和蛋白代謝途徑在MEAM1煙粉虱中的激活可能是MEAM1具有較強寄主轉(zhuǎn)換適應能力的重要原因。除此之外，唾液效應蛋白BtQ56在煙粉虱應對煙草