煙粉虱入侵種與本地近緣種之間的差異表達(dá)基因分析.pdf

1、煙粉虱是包含至少35個(gè)隱種的復(fù)合體，其中包括一些入侵性和危害性很強(qiáng)的隱種，如MEAM1和MED。MEAM1和MED由于其強(qiáng)大的入侵及危害能力給全世界許多國(guó)家和地區(qū)的農(nóng)業(yè)、園藝生產(chǎn)造成巨大的損失。對(duì)于MEAM1和MED入侵并取代本地?zé)煼凼脑虻恼J(rèn)識(shí)主要集中在以下幾個(gè)方面:MEAM1能夠搶占優(yōu)先資源、共生細(xì)菌的協(xié)助、對(duì)寄主植物有較強(qiáng)適應(yīng)性、較強(qiáng)的抗藥性等;而對(duì)于MED來(lái)說(shuō)，研究都表明它具有很強(qiáng)的抗藥性、具有較強(qiáng)耐高溫能力等;另外研究還表明

2、MEAM1和MED都能和雙生病毒進(jìn)行間接互惠，都在生殖干涉中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，這都大大地促進(jìn)了MEAM1和MED的成功入侵和對(duì)土著種的取代。最近的田間調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在一些地區(qū)也出現(xiàn)了MED取代先入侵的MEAM1的現(xiàn)象，這可能和MED比MEAM1抗藥性更強(qiáng)以及MED比MEAM1在一些寄主上的適應(yīng)能力更強(qiáng)相關(guān)。然而，由于缺乏基因組方面的數(shù)據(jù)，對(duì)MEAM1和MED入侵并取代土著種的分子機(jī)制還不清楚。本研究分為兩個(gè)部分:第一部分通過(guò)分析MEAM1、ME

3、D和AsiaⅡ3差異表達(dá)的同源基因來(lái)探索MEAM1和MED成功入侵并取代中國(guó)土著煙粉虱AsiaⅡ3的機(jī)制;第二部分主要通過(guò)分析MEAM1和AsiaⅡ3從棉花轉(zhuǎn)移到煙草這個(gè)過(guò)程中二者基因表達(dá)的變化，來(lái)探索MEAM1比AsiaⅡ3具有較強(qiáng)寄主適應(yīng)性的分子機(jī)制，這可以使我們能更深刻、更全面地理解MEAM1、MED入侵并取代土著煙粉虱的原因。研究結(jié)果如下:
　　 (1) MEAM1、MED和AsiaⅡ3表達(dá)譜分析
　　 通過(guò)對(duì)表

4、達(dá)譜數(shù)據(jù)分析，我們發(fā)現(xiàn)在MEAM1和MED之間共有2，422條差異表達(dá)基因，MEAM1和AsiaⅡ3之間共有3，073條差異表達(dá)的基因，MED和AsiaⅡ3之間共有3，644條差異表達(dá)的基因。GO(Gene Ontology)分析表示入侵煙粉虱MEAM1、MED和土著AsiaⅡ3差異表達(dá)的基因在“oxidoreductase activity”中富集。Pathway富集分析表明，MEAM1、MED中碳水化合物、氨基酸、脂類化合物代謝可能

5、比AsiaⅡ3更活躍，這可能導(dǎo)致了入侵種和土著種之間生物學(xué)特性的差異。另外，我們還發(fā)現(xiàn)“drug metabolic pathway”中大部分基因在MEAM1、MED中都比在AsiaⅡ3中表達(dá)量高?？偟膩?lái)說(shuō)，以上這些結(jié)果表明，那些跟基礎(chǔ)代謝和解毒相關(guān)的大多數(shù)基因在入侵種中表達(dá)量比在土著種中高，這可能是入侵煙粉虱具有較高抗藥性和環(huán)境適應(yīng)性的重要原因。
　　 (2) MEAM1、AsiaⅡ3從棉花轉(zhuǎn)移到煙草后基因表達(dá)的變化
　

6、　 當(dāng)MEAM1和AsiaⅡ3在棉花上時(shí)，MEAM1中與解毒、抗氧化以及其它與抗逆性相關(guān)的基因的表達(dá)量都比AsiaⅡ3高，這可能使MEAM1開(kāi)始就具有比AsiaⅡ3更高的抗逆能力。當(dāng)棉花上初羽化24h的煙粉虱轉(zhuǎn)移到煙草上之后，AsiaⅡ3的基因表達(dá)相對(duì)于MEAM1都出現(xiàn)了較大的變化。KEGG富集分析表明，AsiaⅡ3在產(chǎn)能、代謝、核糖體基因表達(dá)相關(guān)的途徑的基因都受到強(qiáng)烈的抑制。相對(duì)而言，MEAM1對(duì)煙草的反應(yīng)較小，僅有與蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)相關(guān)

7、的途徑出現(xiàn)了富集。另外，在MEAM1和AsiaⅡ3轉(zhuǎn)移到煙草上之后，P450、UGTs和GST等與解毒、抗氧化等相關(guān)基因在MEAM1中表達(dá)量都比其在AsiaⅡ3中高，這可能是MEAM1比AsiaⅡ3能更好的適應(yīng)煙草的重要方面。總的來(lái)說(shuō)，我們的研究發(fā)現(xiàn)入侵種MEAM1比土著種AsiaⅡ3具有更強(qiáng)的應(yīng)對(duì)不良環(huán)境的能力原因，是因?yàn)楫?dāng)MEAM1和AsiaⅡ3被同時(shí)轉(zhuǎn)移到煙草上后，MEAM1由于其抗逆基因的相對(duì)高量表達(dá)而能力較強(qiáng)，受到的影響較小，