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植物防御信号物质对桃蚜唾液腺中基因表达的影响

赵兴延  
【摘要】:蚜虫是一类十分重要的农业害虫,可直接取食或间接传毒对农作物造成危害。经过长期的协同进化,蚜虫与植物之间形成了非常复杂的相互作用关系。植物受到蚜虫取食后,可通过多种信号途径诱导产生防御反应,以直接抑制蚜虫取食或吸引蚜虫天敌间接控制蚜虫种群发展,其中最主要的两种信号途径为茉莉酸和水杨酸途径。反过来,蚜虫感受到植物防御信号物质变化时,可通过改变唾液分泌等方式来适应植物的防御信号物质、毒素和次级代谢物,并使植物韧皮部汁液向着有利于蚜虫取食的方向变化。 本文以北京和山东两个桃蚜种群为研究对象,首先对桃蚜可适应植物防御信号物质的阈值浓度进行测定,然后在人工饲料中添加阈值浓度水杨酸(SA)或茉莉酸(JA)以饲喂桃蚜,并测定其对桃蚜3种唾液腺中影响因子Mp10、Mp42和MpC002基因表达量的影响。初步明确了桃蚜在SA或JA诱导下,唾液腺中基因表达的变化,为阐明桃蚜对植物防御信号物质的适应性提供了理论和研究基础。研究结果如下: 1桃蚜取食植物防御信号物质阈值浓度的测定 通过向人工饲料中添加不同浓度的植物防御信号物质SA和JA,以饲喂北京和山东两种群桃蚜,分别测定其存活率,以取食人工饲料组为对照,并以此判断桃蚜对两种防御信号物质可适应的阂值浓度。结果显示:桃蚜取食含有lOmM SA和5mM JA的人工饲料时,其存活率与对照组无显著性差异,两个桃蚜种群无明显差异。 2桃蚜唾液腺中3种基因序列的测定与比对 运用分子生物学的方法,分别对北京和山东两种群桃蚜唾液腺中的3种基因进行克隆并测序,所得序列结果与Genbank上序列比对。结果显示:Mp10、Mp42、MpC002、 Actin产物长度分别为397bp、334bp、728bp和228bp;3种目的基因序列与已报道序列相比,存在个别碱基的差异,但并不显著;而MpC002基因只有山东种群存在一个碱基突变,表明该基因在桃蚜种群中具有高度保守性。 3SA与JA对桃蚜3种基因表达量的影响 向人工饲料中添加阈值浓度的SA或JA饲喂两桃蚜种群,结果表明: 桃蚜取食人工饲料、SA和JA时,其Mp10、MpC002基因的表达量虽然存在一定的差异,但其变化趋势基本相同:都会在4h内表达量显著升高,经过一定程度的回落,随后上升。而在取食JA时,Mp10基因表达量下降所持续的时间不一致,北京种群经过8h的回落,然后回升,而山东种群在经过短暂回落后立即呈现上升趋势。可见:桃蚜会通过Ap10基因的过表达来适应取食对象质量的下降;两地桃蚜种群Mp10基因对取食对象发生变化时敏感程度不同。取食JA时,MpC002基因表达量则呈现出持续上升趋势。可见:桃蚜取食JA后可诱导MpC002基因的大量表达,推测该基因可能会在桃蚜适应植物诱导防御反应的重要因素之一,并且该基因的变化在两个种群差异不显著。 但是Mp42基因表达量变化则相反:取食人工饲料和SA时,其会在短时间内显著性降低,并在6h时出现最小值,随后回升;并且当取食SA时,北京桃蚜对Mp42基因的表达量要显著低于山东种群。而取食JA时,虽然整体仍会显著性降低,但其随后的变化趋势与前两者相反:先出现小幅回升,继而继续下降。可见:桃蚜通过降低Mp42基因的表达来适应取食对象质量的下降,说明该基因的表达可能会消耗过多的资源,或者该蛋白的分泌会诱导植物产生防御反应,并且北京桃蚜更敏感。 从3种基因的变化趋势来看,桃蚜在受到SA压力时,往往会表现出跟取食人工饲料后一致的变化趋势,而取食JA时则大不相同。因此可以看出:JA在植物抵抗蚜虫侵染的过程中起到更重要的作用。


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