柑橘木虱对两种寄主植物糖含量变化的响应性机制研究

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植物中糖的含量决定了植物作为昆虫食物宿主的可接受性,而不同植物韧皮部的成分和渗透压不同,芸香科植物九里香和砂糖橘均为柑橘木虱的寄主,但柑橘木虱在这两种寄主植物上的表现如发育,存活及繁殖等方面均没有显著差异,据此推测柑橘木虱体内存在相应的调控机制以响应不同寄主植物的糖类物质。本研究选取柑橘木虱常见寄主:九里香和砂糖橘为实验材料,通过对两种寄主植物的糖含量测定,取食不同寄主植物后柑橘木虱肠道的代谢组学、转录组学、细菌群落多样性分析以及不同寄主植物对柑橘木虱渗透压相关基因表达的影响,进一步探究柑橘木虱对不同寄主植物糖含量变化的响应性机制,本论文主要研究内容及结果如下:(1)利用分光光度计法对柑橘木虱寄主植物九里香和砂糖橘的新叶、老叶以及嫩枝进行蔗糖、果糖和葡萄糖含量测定。研究结果表明两种寄主植物糖含量均存在显著差异,三种糖类在九里香不同组织中的含量均显著高于砂糖橘。(2)通过非靶向代谢组学技术对取食不同寄主植物的柑橘木虱肠道代谢物进行检测。分析结果发现两组之间共有26种差异代谢物。与九里香组样品相比,3种化合物在砂糖橘组样品中显示出更高的丰度,而23种化合物水平显著降低。化合物分析表明,4种碳水化合物(蔗糖、α-海藻糖、α-乳糖和D-(+)-麦芽糖)和5种氨基酸(L-酪氨酸、D-(-)-谷氨酰胺、DL-谷氨酰胺、脯氨酸和L-谷氨酸)在九里香组的丰度较高。代谢富集分析显示碳水化合物的消化和吸收、味觉转导、淀粉和蔗糖代谢途径均富含差异表达的代谢物。(3)通过对取食不同寄主植物的柑橘木虱肠道进行转录组测序。统计分析发现共有964个差异基因,取食砂糖橘的柑橘木虱肠道中有110个基因上调,854个基因下调。对差异基因进行GO注释分析,差异基因在生物学过程富集的terms数量最多,GO富集分析发现,差异基因主要富集细胞外区、大分子复合物结合、细胞运动等terms;KEGG pathway富集分析发现富集于核糖体Ribosome、吞噬体Phagosome、溶酶体Lysosome途径的差异基因数量较多。随机选取20个差异基因进行荧光定量PCR验证。结果表明,RNA-seq结果与q PCR结果具有一致性,证实本次转录组测序数据的可靠性。(4)本研究于柑橘木虱基因组和转录组数据中鉴定到6个水通道蛋白基因,分别命名为Dc Bib、Dc Prip、Dc Drip、Dc Eglp A、Dc Eglp B和Dc Aqp12L。其中,Dc Bib、Dc Prip、Dc Drip为同一类群。不同发育阶段表达水平分析显示,Dc Prip在卵期、若虫1至5龄高表达;Dc Drip在性成熟雌成虫(5 d)中高表达;Dc Eglp B在刚羽化雌雄成虫(0 d)、性成熟雌虫(5 d)中高表达。不同组织表达水平分析显示,Dc Prip在脑部、前肠、后肠、马氏管高表达;Dc Drip在触角、唾液腺、卵巢高表达;Dc Eglp A在精巢高表达。采用q RT-PCR对取食不同寄主植物的柑橘木虱渗透压调节相关基因进行研究,结果表明,不同寄主植物上的柑橘木虱渗透压相关基因表达存在不同程度的差异性,寄主植物可以调节柑橘木虱水通道蛋白和糖代谢相关基因的表达。(5)通过16S r DNA测序技术分析取食不同寄主植物的柑橘木虱肠道细菌群落多样性与结构组成。经统计分析,共获得628,285条有效reads,1690个OTUs。柑橘木虱肠道细菌被注释分类到31个门,85个纲,163个目,233个科,354个属。其中九里香组样品共注释到29个门、77个纲、141个目、184个科、247个属;砂糖橘组样品共注释到25门、66个纲、136个目、194个科、283个属。柑橘木虱肠道细菌以变形菌门Proteobacteria和放线菌门Actinobacteria为主,其中,变形菌门丰度占85%以上。在属分类水平上,沃尔巴克氏体属Wolbachia、无色菌属Achromobacter、红球菌属Rhodococcus、假单胞菌属Pseudomonas为丰度较高的细菌属。柑橘木虱寄主由九里香转为砂糖橘后,沃尔巴克氏体属细菌丰度减少,而无色菌属、红球菌属以及假单胞菌属丰度增加,Alpha和Beta多样性分析表明不同寄主植物显著改变柑橘木虱肠道的细菌群落多样性。本论文探究了柑橘木虱对不同寄主植物糖含量的响应性机制,为深入了解柑橘木虱对不同寄主植物的适应性提供参考依据。
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