【摘 要】
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烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)是一个包含数十个隐存种的复合群,其中MEAM1烟粉虱因具有快速扩散及对本地种烟粉虱取代的能力,而成为危害我国农业生产的主要害虫之一。烟粉虱利用刺吸式口器刺入寄主植物的维管束,吸取汁液,从而影响植物生长。在长期进化中,植物形成了一套可遗传的抗性机制来应对外界不良因素的干扰。其中次生代谢产物和防御蛋白是许多防御反应的重要组成部分。这些化学物质的合
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烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)是一个包含数十个隐存种的复合群,其中MEAM1烟粉虱因具有快速扩散及对本地种烟粉虱取代的能力,而成为危害我国农业生产的主要害虫之一。烟粉虱利用刺吸式口器刺入寄主植物的维管束,吸取汁液,从而影响植物生长。在长期进化中,植物形成了一套可遗传的抗性机制来应对外界不良因素的干扰。其中次生代谢产物和防御蛋白是许多防御反应的重要组成部分。这些化学物质的合成会受到转录的严格调控,部分microRNA(miRNA)也会参与到此过程中。迄今为止,有关植物转录组和miRNA在普通烟与烟粉虱互作中的作用还知之甚少。因此,从转录层面研究寄主植物响应烟粉虱取食的分子机制和抗性通路,对揭示植物免疫应答调控具有积极意义。本研究利用高通量测序,结合转录组学、小RNA组学和降解组学,对普通烟响应烟粉虱取食的miRNA及其靶基因进行鉴定和分析,挖掘可能参与普通烟抵御烟粉虱取食的抗性基因。主要研究结果如下:(1)烟粉虱的短期取食会增强普通烟的抗性为探究MEAM1烟粉虱短期取食对普通烟的影响,我们释放500头MEAM1烟粉虱在普通烟上取食6小时,同时设置未经取食处理的植株作为对照。将烟粉虱去除后,再在每株烟草上释放MEAM1雌雄成虫各5头,3天后观察试虫的存活和产卵量。结果处理组烟粉虱的产卵量显著低于对照组,表明当普通烟被烟粉虱短期取食后,会降低后续取食烟粉虱的适合度,我们推测这可能是烟粉虱的短期取食激发了普通烟对后续取食的烟粉虱的防御反应。(2)普通烟转录组中响应烟粉虱取食的防御基因利用高通量测序,对受MEAM1烟粉虱短期取食的普通烟与对照植株进行转录组测序,鉴定出差异表达基因5014条,其中3244条基因上调,1770条基因下调。通过对差异表达基因进行GO、KEGG富集分析,发现大部分差异表达基因的功能集中在与植物病原菌互作、植物激素信号转导、蛋白酶活性等生物过程中。结合前人研究结果和功能注释进行深度分析后,筛选出5个具有明显表达差异的基因,并利用病毒诱导的基因沉默和瞬时过量表达验证其在普通烟防御体系中的作用。其中XTH24、EAS、PTI5基因的表达降低了MEAM1烟粉虱的适合度。(3)普通烟中响应烟粉虱取食的miRNA通过检测受MEAM1烟粉虱短期取食的普通烟与对照植株所表达的miRNA,我们鉴定出1291条差异表达miRNA。在47条具有显著性差异的miRNA中有30条上调,17条下调。结合文献报道和GO、KEGG富集分析,发现普通烟中有13条差异表达miRNA可能参与到响应烟粉虱短期取食的防御体系,其中mi R6025可能通过参与SA信号通路、mi R3627可能通过调控F-BOX发挥作用。(4)普通烟中的抗虫基因利用降解组测序,对受烟粉虱短期取食的普通烟进行高通量测序和生物信息分析。通过数据比对,我们发现在44213505条mRNA中有289条被降解了,产生了296个降解位点。其后结合降解组GO、KEGG和KOG的靶基因功能注释,最终选出4条miRNA的6个靶基因进行深度分析。结果表明,烟草中与植物抗性相关的VDE、MTII、RPP13、Vipp1和SMG1等蛋白的mRNA均被miRNA降解。综上所述,本研究通过对普通烟被烟粉虱短期取食后的转录组和miRNA差异性表达分析,鉴定出5个可能参与该植物抵御烟粉虱取食的防御基因。研究结果对于深入探究植物对烟粉虱的抗性具有重要参考价值。
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