轉(zhuǎn)錄分析煙粉虱應(yīng)對(duì)寄主轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制及唾液效應(yīng)因子BtQ56在其中的作用.pdf

1、煙粉虱Bemisia tabaci是一個(gè)物種復(fù)合體，至少包含34個(gè)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(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家和地區(qū)并逐漸取代許多土著煙粉虱，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大危害。本實(shí)驗(yàn)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(kuò)散和繁衍需要應(yīng)對(duì)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(yīng)能力上的差異及寄主適應(yīng)性的分子機(jī)制，對(duì)深入了解煙粉虱的入侵機(jī)制和煙粉虱-植物互作的復(fù)雜關(guān)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(dá)譜技術(shù)分析了寄主轉(zhuǎn)換后，兩個(gè)隱種煙粉虱在基因轉(zhuǎn)錄水平上的

3、差異。最后結(jié)合煙粉虱唾液腺轉(zhuǎn)錄組，篩選與煙粉虱寄主適應(yīng)性相關(guān)的唾液效應(yīng)因子蛋白并研究其功能。研究結(jié)果如下:
　　(1) MEAM1煙粉虱具有更強(qiáng)的適應(yīng)寄主轉(zhuǎn)換的能力
　　當(dāng)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(shuō)明與AsiaⅡ3煙粉虱相比MEAM1煙粉虱具有更強(qiáng)的適應(yīng)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(dá)譜分析了MEAM1和AsiaⅡ3煙粉虱寄主轉(zhuǎn)換前后的基因表達(dá)的不同，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)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(dá)基因數(shù)量遠(yuǎn)小與AsiaⅡ3。AsiaⅡ3煙粉虱的差異表達(dá)基因的變化倍數(shù)更大且以下調(diào)為主，而MEAM1的差異表達(dá)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(dá)和蛋白代謝途徑在寄主轉(zhuǎn)換后被激活。相對(duì)于解毒酶基因在MEAM1煙粉虱中的持續(xù)高表達(dá)，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(cè)定進(jìn)一步證明了MEAM1煙粉虱的解毒代謝能力比AsiaⅡ3煙粉虱強(qiáng)。
　　(3)唾液蛋白BtQ56在寄主轉(zhuǎn)換中的作用
　　結(jié)合表達(dá)譜和唾液腺轉(zhuǎn)錄組信息，我們篩選了68個(gè)可能與寄主適應(yīng)

6、性相關(guān)的疑似唾液蛋白基因，通過RNAi和植物瞬時(shí)表達(dá)等方法發(fā)現(xiàn)一個(gè)唾液蛋白BtQ56具有促進(jìn)煙粉虱存活和產(chǎn)卵的功能。BtQ56基因是一個(gè)在煙粉虱唾液腺中特異性高表達(dá)的功能未知基因，氨基酸序列含有信號(hào)肽且不含跨膜區(qū)，具有典型的分泌蛋白結(jié)構(gòu)，且未在GeneBank中檢索到任何同源基因或保守的功能結(jié)構(gòu)域。BtQ56基因在入侵煙粉虱MEAM1和MED中的表達(dá)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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?cè)跓煼凼∈尺^的植物中檢測(cè)到了BtQ56蛋白，從而證明BtQ56是一個(gè)煙粉虱唾液分泌蛋白。為進(jìn)一步明確BtQ56是如何增強(qiáng)煙粉虱寄主適應(yīng)性的，我們分析了BtQ56作用于植物后對(duì)植物防御反應(yīng)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄的影響，發(fā)現(xiàn)BtQ56可能誘導(dǎo)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(dá)到抑制植物抗

8、性促進(jìn)煙粉虱存活的目的。
　　綜上所述，在煙粉虱應(yīng)對(duì)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(yīng)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(shuō)明MEAM1在這些方面具有較強(qiáng)的耐受能力?；虮磉_(dá)和蛋白代謝途徑在MEAM1煙粉虱中的激活可能是MEAM1具有較強(qiáng)寄主轉(zhuǎn)換適應(yīng)能力的重要原因。除此之外，唾液效應(yīng)蛋白BtQ56在煙粉虱應(yīng)對(duì)煙草