茄子对朱砂叶螨的茉莉酸防御反应及叶螨的适应机制

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朱砂叶螨Tetranychus cinnabarinus是一种多食性害螨,严重危害多种经济作物。朱砂叶螨可通过刺吸式口器取食寄主叶片栅栏组织细胞的叶绿体及细胞液,造成寄主植物系统性伤害。植物遭受害虫侵袭后,通过启动体内防御系统产生诱导抗性。茉莉酸是普遍存在于高等植物体内的内源生长调节物质,其最主要的作用就是诱导防御反应,其诱导抗虫性的生理生化机制是重要的研究热点之一。近年来研究人员不断尝试将这一理论应用于生产实践,但叶螨中的相关研究比较缺乏。因此,本论文以朱砂叶螨—茉莉酸—茄子作为研究体系,从朱砂叶螨危害茄子引起的茉莉酸防御机制以及朱砂叶螨对该防御反应的适应机制两个方面进行分析,为明确茉莉酸介导的寄主植物与叶螨的互作模式,探索环境友好型叶螨防控方法提供理论依据。论文主要研究结果如下:1、使用高效液相色谱检测茄子被朱砂叶螨取食1天、4天、7天后茉莉酸含量的变化,结果显示朱砂叶螨取食会引起茄子内茉莉酸含量的增加,并且在被取食1天后茉莉酸的含量变化最大,增加了14倍;而移走取食的叶螨3天后,茄子的茉莉酸含量显著下降,说明叶螨危害直接影响了茉莉酸含量变化,证明朱砂叶螨取食可引起茄子的茉莉酸防御反应。2、为探究叶螨取食引起茄子茉莉酸信号响应的分子机制,对叶螨取食前后的茄子叶片进行转录组测序分析,结果发现:茄子叶片差异表达的基因数量会随着取食时间的增长而增加。被朱砂叶螨取食1天后,检测到5467个差异表达基因,其中上调表达基因2980个,下调表达基因2487个;被取食4天后,检测到5902个差异表达基因,其中上调表达基因3332个,下调表达基因2570个;被取食7天后,检测到7830个差异基因,其中上调表达基因4414个,下调表达基因3417个。说明茄子通过某些基因表达量的改变来应对朱砂叶螨的危害。当茄子被朱砂叶螨取食1天再移除叶螨恢复3天后,检测到5557个差异表达基因,其中上调表达基因3268个,下调表达基因2289个;当茄子被朱砂叶螨取食4天再移除叶螨恢复3天后,检测到2996个差异表达基因,其中上调表达基因1942个,下调表达基因1054个。结果表明叶螨移除后与继续取食相比茄子叶片差异表达基因的数量会减少。3、对茄子叶片差异表达基因的功能进行分析,共挖掘出茉莉酸合成通路上的11条基因,分别是LOX6、LOX1.4、LOX2.1、LOX1.5、LOX3.1、AOS3、AOS1、AOC、OPR3、OPR2、OPR1、在各处理中上调表达趋势与茉莉酸的含量变化趋势基本一致。分析结果显示朱砂叶螨取食后引起茄子叶片茉莉酸含量增加的主要原因是其合成通路上基因的表达量升高。进一步通过KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路分析发现,在所有处理中上调表达基因主要富集在代谢产物为香豆素的苯丙烷生物合成通路上。经叶螨取食以及外源茉莉酸处理后,检测发现茄子叶片的香豆素的含量显著升高。上述研究结果证明叶螨取食会激活茄子的茉莉酸信号通路,进而引起香豆素含量升高。4、在茄子叶片施加外源茉莉酸后,朱砂叶螨取食面积、产卵量均减少、种群的生长相对缓慢;并且取食外源施加香豆素的茄子叶片后,朱砂叶螨表现出与茉莉酸处理类似的现象,即产卵数量减少,种群增长被抑制。该结果进一步证明了茄子叶片存在茉莉酸-香豆素介导的防御反应来抵抗叶螨危害。5、使用转录组技术分析朱砂叶螨对茉莉酸响应机制,并预测其对茄子茉莉酸防御反应的适应机制。测序结果共获得164条差异基因,基因功能注释结果挖掘出解毒代谢酶等基因上调表达,定量验证结果显示朱砂叶螨体内羧酸酯酶基因CCE12上调表达10.3倍、谷胱甘肽转移酶基因GSTd02上调表达3.5倍,可能与朱砂叶螨适应茄子防御的机制有关,说明朱砂叶螨通过提高体内解毒代谢酶的含量来代谢植物防御产生的次生代谢物。通过以上结果,本研究探索了茄子受朱砂叶螨危害后产生茉莉酸防御的分子机制,明确茄子茉莉酸防御对朱砂叶螨的影响,以及探究了朱砂叶螨对茄子茉莉酸防御的适应机制。
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