论文部分内容阅读
植食性叶螨是威胁农业生产的极具破坏性的节肢动物害虫。按照寄主范围的不同可以分为两大类:广食性叶端(如截形叶螨(Tetranychus truncatus))和寡食性叶螨(如伊氏叶螨(Tetranychus evansi))。理论上,广食性较专食性对叶螨适应新的环境更为有利,而专食性或寡食性能使叶螨更好的利用寄主的营养并适应寄主,被认为是食性演化的方向。目前对于叶螨食性演化的分子遗传机制尚不清楚。为了揭示该机制本研究以广食性的截形叶螨和寡食性的伊氏叶螨为研究对象,比较了两者在转移寄主过程中的适合度变化情况及基因转录水平的响应机制。本实验分别将截形叶螨(Ttr)从菜豆(B)转移至番茄(T)、茄子(E),将伊氏叶螨(Te)从番茄(T)转移至菜豆(B)、茄子(E),比较了两种叶螨在转移到新的寄主后F0代的适合度变化情况;分析了两种叶螨寄主转移24 h之后的瞬时转录组表达差异。同时我们也对伊氏叶螨的线粒体基因组进行了测序与分析,分析了截形叶螨和伊氏叶螨线粒体基因组上能量代谢相关的基因,在转移寄主之后其表达量的变化情况。实验结果显示:1、截形叶螨从原寄主菜豆转移到茄子、番茄,其产卵量、孵化率均显著降低,伊氏叶螨从原寄主番茄转移到菜豆,其产卵量显著降低,说明两种叶螨在一定程度上具有寄主专化性。而截形叶螨只有在番茄上的产卵量是显著低于伊氏叶螨,说明伊氏叶螨对番茄可能存在极度专化性。截形叶螨转移到茄子的产卵量显著高于伊氏叶螨转移到茄子上的产卵量,说明在新寄主茄子上,伊氏叶螨不一定能竞争过截形叶螨,从而发挥茄科专食性的优势。伊氏叶螨从番茄转移到茄子上产卵量差异不显著,而转移到菜豆上产卵量显著降低,呈现出从其原寄主到近源寄主再到远源寄主,适合度逐步降低的趋势。2、转录组分析的结果显示伊氏叶螨在番茄上取食24 h与在菜豆上取食24 h的转录组之间有9951个基因显著性差异表达,其中表达上调的基因有6455个,下调的基因有3496个;伊氏叶螨在番茄上取食24 h与在茄子上取食24 h的转录组之间有9584个基因显著性差异表达,其中表达上调的基因有4772个,下调的基因有4812个。截形叶螨在菜豆上取食24 h与在番茄上取食24 h的转录组之间之间有4159个基因显著性差异表达,其中表达上调的基因有1598个,下调的基因有2561个;截形叶螨在菜豆上取食24 h与在茄子上取食24 h的转录组之间有12088个基因显著性差异表达,其中表达上调的基因有6925个,下调的基因有4163个。对显著性差异基因做了 GO以及Pathway两种功能分析表明:1)与化合物代谢相关的通路和条目在TeT-VS-TeE、TtrB-VS-TtrE、TeT-VS-TeB和TtrB-VS-TtrT四个比较组中都表现为显著性富集,我们推测叶螨在转移寄主之后体内的代谢活动显著增强。2)与解毒代谢相关的基因家族包括:羧基/胆碱酯酶、细胞色素P450单氧酶、溶酶体和碳水化合物代谢相关的通路、条目在TtrB-VS-TtrT比较组中都表现为显著性富集,而在TtrB-VS-TtrE比较组中没有调富集与解毒代谢或消化吸收相关的通路,说明截形叶螨转移到番茄之后极不适应,为了应对番茄的毒害作用,叶螨体内的解毒代谢相关基因积极的进行响应。在对新寄主的适应过程中,解毒代谢及消化吸收相关基因发挥关键作用。与蛋白质吸收、脂类代谢相关的通路在TeT-VS-TeB和TeT-VS-TeE两个比较组中显著富集,仅在TeT-VS-TeB比较组中富集到ABC转运蛋白相关的通路,从而表明ABC转运蛋白可能在伊氏叶螨对远源寄主的适应过程中发挥关键作用。综上所述,我们发现,专食性的伊氏叶螨和多食性的截形叶螨都是通过调控取食和消化行为来调控叶螨对寄主的适应性。3、伊氏叶螨的全线粒体基因组为典型的环形DNA,长度为13064 bp。线粒体基因组J链的A+T含量为84.47%。我们一共鉴定出37个基因,其中蛋白编码基因13个,核糖体RNA基因2个,转运RNA基因22个。通过转录本Reads回帖,我们比较两种叶螨线粒体基因组上能量代谢相关基因在转移寄主过程中的响应。发现13个编码蛋白的线粒体基因在伊氏叶螨与截形叶螨中的表达模式相似,说明蛋白编码的线粒体基因与物种有关,具有物种特异性。截形叶螨线粒体中的COX3、ND4基因的表达量要明显高于伊氏叶螨,说明截形叶螨可能具有较高的能量转化效率,可以更好地取食不同的寄主植物,所以其寄主范围比较广泛。