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蚜虫是一种具有刺吸式口器的软体小昆虫。它们与寄主植物之间有密切的寄生关系,并且长期受到寄主植物的正向选择作用,这种作用使蚜虫更适应寄生寄主植物,而难于适应其他植物。唾液蛋白是蚜虫与寄主植物沟通的主要桥梁,可以发挥作用子功能调节植物的免疫系统。但对唾液蛋白如何调控蚜虫与植物之间互作的研究非常少。本研究报道了豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)唾液腺高表达的一个功能未知的蛋白ACYPI006346(Ap6346)在蚜虫与植物互作中的功能,研究结果如下: (1) Ap6346是蚜虫特有的一种蛋白,与其他组织相比在唾液腺里表达量最高,在豌豆蚜的整个发育阶段都有表达,成虫时表达量最高。Ap6346只在蚜虫主唾液腺的5型和7型细胞中表达。在蚜虫取食后的人工饲料中能够检测到Ap6346,证明Ap346是一种分泌蛋白,推测其可能随着蚜虫取食而进入植物组织发挥效应子功能。但是在蚜虫取食后的植物伤流里没有检测到Ap6346蛋白。在苕草(Vicia villosa)、蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和蚕豆(Vicia faba)植株上寄生的豌豆蚜克隆,它们的Ap6346表达量不同,蚕豆作为豌豆蚜最适合的寄主,豌豆蚜的蚕豆克隆Ap6346表达量最低,而苕草是豌豆蚜难克服的寄主,苕草克隆Ap6346的表达量最高,因此该基因能够响应寄主植株的变化,可能在蚜虫和寄主互作中发挥了重要功能。当注射Ap6346基因的dsRNA到三龄蚜虫,24小时后Ap6346基因的表达量下降47%,但是干扰72小时后,A6346基因的表达量恢复到对照组水平,这种短暂的基因干扰效果不影响豌豆蚜在植物上的生存。 (2)将豌豆蚜的Ap6346和桃蚜(Myzus persicae)的Mp6346分别在本生烟(Nicotiana benthamiana)里瞬时过表达,通过RNA-seq转录组测序检测烟草对这两种蛋白的分子响应。烟草是桃蚜的寄主,不是豌豆蚜的寄主,因此转录组的差别反应了蚜虫唾液蛋白在寄主与非寄主植物上引起不同的反应。构建了转Ap6346、Mp6346和对照空载体三种烟草,每种烟草独立建三个文库进行测序,每个文库的clean reads数均大于12 M。转豌豆蚜Ap6346基因的烟草差异表达的基因共有164个,其中上调的基因有104个,下调的基因有60个。转桃蚜Mp6346基因的烟草差异表达的基因共有238个,其中上调的基因有141个,下调的基因有97个。两种转基因烟草共同上调的基因有44个,共同下调的基因有12个。共同上调基因的GO注释主要包括碳水化合物、醇类、光合产物和磷酸的代谢,共同下调基因的GO注释主要是与乙酰基转移酶活性相关的反应,它们参与脂类合成代谢。转豌豆蚜Ap6346烟草特异上调的基因与抗性相关的反应有细胞死亡、抗性反应、萜烯类和倍半萜烯类的合成,特异下调的基因参与细胞外周反应。而转桃蚜Mp6346烟草特异上调的基因参与苯基丙氨酸代谢反应,特异下调的基因参与细胞内和细胞核反应。转豌豆蚜Ap6346的烟草其茉莉酸(JA)途径的蛋白酶抑制剂2(PI2)基因和防御素类似蛋白基因的表达上调,这两个蛋白有抗虫作用。而转桃蚜Mp6346的烟草升高了脱落酸(ABA)的降解代谢、上调茉莉酸甲酯ZIM结构域(JAZ)和苯丙氨酸氨基裂解酶(PAL)基因的表达,从而减弱了JA-MYC2-PI2途径的抗虫作用。这些差异部分解释了豌豆蚜不能取食烟草而桃蚜能够适应烟草的分子机理。 总之,本论文研究了蚜虫特有的一个唾液蛋白ACYPI006346对蚜虫取食植物的影响,探讨了做为效应子如何引起植物的防御反应。研究成果对揭示昆虫与植物互作的分子机理有重要的理论意义,而且为培育抗虫植物提供了重要的理论基础。