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杨小舟蛾产卵对2种黑杨派无性系的诱导抗性研究

郭丽  
【摘要】:寄主植物可以通过诱导抗性对有害生物进行防御,这是实现害虫生态管理的一个重要因素。杨树是我国重要的人工林栽培树种,杨小舟蛾作为杨树主要食叶害虫对其造成了巨大的经济和生态损失。而杨树的品系较为丰富,利用无性系间的差异及其诱导抗性是实现害虫生态调控的基础。目前对杨小舟蛾的防治研究主要集中在虫害发生后的化学防治和生物防治等方面,利用树木自身抗性进行虫害预防的研究较少。在诱导抗性研究方面,对取食诱导的抗性研究较多,产卵诱导的抗性研究较少。鉴于此,本研究展开杨小舟蛾(Micromelalopha sieversi(Staudinger))产卵对2种黑杨派(Populus section Aigeiros)无性系的诱导抗性研究,为林木诱导抗性的利用及杨小舟蛾的生态防治提供理论依据。本研究选取对杨小舟蛾具有寄主选择差异的欧美杨108号(108杨)(P.×euramericana‘Guariento’)和欧美杨111号(111杨)(P.×euramericana‘Bellotto’)为实验材料,其中108杨更具敏感性。实验共设置产卵植株、邻近植株和对照植株,统计3种处理植株上的产卵量并分别采集产卵后24 h、48 h和72 h的挥发物进行气质联用(GC-MS)分析;将5种主要挥发物成分对雄蛾、雌蛾、交配雌蛾的触角电位测试中最大的反应剂量滴在植株叶片上再统计产卵量。同时,观察幼虫取食3种处理植株叶片的存活状况,并测定3种处理叶片的可溶性糖、全N、游离氨基酸、单宁和总酚的含量变化。另外,采用Illumina Hi Seq 2000高通量测序技术分别对3种处理植株叶片进行转录组测序和基因表达差异分析。主要研究结果如下:(1)杨小舟蛾分别在108杨和111杨上产卵后,各自与产卵植株邻近的植株再接虫的产卵量均显著降低,并且108杨的产卵和对照植株上的产卵量均分别显著高于111杨。同时,108杨和111杨上一旦出现卵块后,直到卵期结束卵粒数量均基本不变。(2)利用GC-MS对杨小舟蛾产卵后的产卵植株、邻近植株和对照植株进行寄主挥发物的定性和定量分析,棕榈酸甲酯、丙烯酸-2-乙基己酯、β-蒎烯、3-蒈稀、苯乙烯这5种主要成分的相对含量均发生变化。其中,β-蒎烯都只在108杨和111杨的产卵和邻近植株中检测到,3-蒈稀在产卵和邻近植株中的相对含量在产卵后24 h、48 h和72 h均显著高于对照植株。雄蛾、雌蛾和交配雌蛾均对50 ng/μL的棕榈酸甲酯和丙烯酸-2-乙基己酯、5 ng/μL的3-蒈稀和β-蒎烯、10 ng/μL的苯乙烯的触角电位反应最大。3-蒈稀、β-蒎烯和苯乙烯能使杨小舟蛾在108杨上的产卵量显著降低,同时3-蒈稀和β-蒎烯也能使其在111杨上的产卵量显著降低。(3)杨小舟蛾取食108杨和111杨3种处理(产卵植株、邻近植株、对照植株)叶片的幼虫存活率均差异不显著。108杨产卵和邻近植株的可溶性总糖含量均显著低于对照植株;111杨产卵和邻近植株的二糖和全N含量均显著低于对照植株,且产卵植株的游离氨基酸含量显著低于对照植株。同时,108杨邻近植株的游离氨基酸总量显著高于产卵和对照植株;111杨产卵和邻近植株的总糖/全N值均显著高于对照植株。108杨产卵植株的单宁和总酚含量均显著高于对照植株,而邻近植株的二者含量均与对照差异不显著。111杨产卵植株的单宁和总酚含量均显著高于对照植株;同时邻近植株的单宁含量显著高于对照植株,而总酚含量与对照差异不显著。(4)转录组测序共产生304,526,107条序列(平均长度300 bp,约40.77 Gb),每个处理平均有63.60%的序列可以与毛果杨参考基因组匹配。108杨产卵和邻近叶片分别筛选出571个(上调表达408个,下调表达163个)和48个(上调表达16个,下调表达32个)显著差异表达基因;111杨产卵和邻近叶片分别筛选出1234个(上调表达433个,下调表达801个)1784个(上调表达173个,下调表达1611个)显著差异表达基因。通过功能注释及代谢途径分析结果表明,4个对比组(108-O vs 108-C、108-N vs 108-C、111-O vs 111-C、111-N vs 111-C)分别有2830个、276个、6310个和9338个差异显著基因被功能注释,各自涉及生物学过程、细胞组分、分子功能3种GO分类的42个、30个、44个和46个生物学功能,主要包括“细胞部分”、“催化”、“代谢过程”等功能。108杨产卵叶片的差异表达基因主要富集在植物病原菌互作、亚油酸和氰基氨基酸代谢通路上,108杨邻近叶片没有显著的富集通路;111杨产卵叶片主要富集在代谢途径、光合作用、光合作用-天线蛋白、氮代谢和亚油酸代谢通路上,111杨邻近叶片主要富集在代谢途径和次生代谢物质合成通路上。108杨和111杨的产卵和邻近叶片中与PR蛋白、先天免疫调节、生物胁迫反应等功能相关的防御基因分别上调表达,但具体基因存在差别,而与光合活性相关基因全部显著下调表达。杨小舟蛾产卵后,108杨和111杨的产卵和邻近植株均表现出了诱导抗性,3-蒈稀和β-蒎烯作为植株间传递的化学信号显著降低了邻近植株上的产卵量。同时,产卵和邻近植株的营养物质含量都发生改变并且次生代谢物质含量不同程度增加,提高了其化学防御能力。在分子水平上,产卵和邻近植株的差异基因表达主要涉及“细胞部分”、“催化”、“代谢过程”等功能基因及与抗性相关的防御基因、降低光合作用和营养物质积累、增加次生代谢物质合成等抗性反应。杨小舟蛾产卵分别诱导了2种黑杨无性系的产卵和邻近植株在生理生化及分子水平上启动了防御反应。


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