论文部分内容阅读
褐飞虱Nilaparvata lugens(Stal)(Hemiptera:Delphacidae)是最重要的水稻害虫之一,褐飞虱为害降低水稻光合作用率、茎叶氮浓度、叶绿素含量和有机物干重,强烈影响水稻产量。目前已有诸多关于昆虫去饱和酶(desaturase,desat)在信息素生物合成中发挥功能的报道,但对于去饱和酶在昆虫生长发育繁殖以及在与植物互作关系中的作用还研究得较少。在本文中,我们鉴定、注释了褐飞虱去饱和酶基因,并通过序列联配、系统进化分析、表达谱分析及RNA干扰等,探索了褐飞虱去饱和酶家族,尤其是对褐飞虱存活及卵巢发育具有明显影响的Nldesat10在褐飞虱生长发育繁殖及其与水稻互作中的作用。此外,本文还对一个唾液分泌蛋白N1SEF1(salivaryEF-handprotein)在调控水稻防御反应中的作用开展了研究。主要研究结果如下:(1)去饱和酶Nldesatl0影响褐飞虱的生长发育繁殖及其与水稻的互作关系基于生物信息学搜索从褐飞虱基因组鉴定出10条去饱和酶基因,其中2条基因分别编码细胞色素b5融合去饱和酶(cytochromeb5 fuseddesaturase)和Δ4-鞘脂类去饱和酶(Δ4-sphingolipid-desaturase),其他8条为Δ9-去饱和酶。表达模式分析表明,Nldesatl主要在头部和表皮中表达,Nldesat2、Nldesat3和Nldesat8在表皮中转录水平最高,Nldesat4、Nldesat5和Nldesat6在各组织间表达量较稳定,Nldesat7和Nldesat9主要在脂肪体、表皮和头部中转录水平较高,而Nldesat10主要在卵巢和表皮中表达;各去饱和酶基因的转录水平都随不同发育阶段而发生变化,并且都有各自的特异性;总体而言,Nldesat1-Nldesat6在发育阶段的转录水平相对比较稳定,Nldesat7和Nldesat9在卵中转录水平较低,Nldesat8在卵和雌成虫中较低,而Nldesat10则在整个若虫期的转录水平都比较低。除Nldesat3、Nldesat5和Nldesat8之外,其他7个基因在注射双链RNA 7天后,均导致褐飞虱的存活率显著低于对照。沉默Nldesat10的褐飞虱死亡率最高,并导致雌成虫蛋白质和甘油三酯含量降低、腹部萎缩、卵巢不发育以及取食量、体重与产卵量下降。机理研究表明,沉默Nldesat10引起雌成虫中卵黄原蛋白(Vitellogenin,Vg)、卵黄原蛋白受体(VitellogeninReceptor,VgR)、雷帕霉素靶标(TargetofRapamycin,TOR)以及载脂蛋白(Lipophorin,Lpp)等基因的转录水平下调,但不影响保幼激素酸甲基转移酶(juvenile hormone acid methyltransferase,JHAMT)、保幼激素酯酶(juvenile hormone esterase,JHE)、甲氧普林耐受基因(Methoprene-tolerant,Met)、脑部富集 RaS 同系物(Rashomologue enriched in brain,Rheb)、S6 激酶(S6 kinase,S6K)、脂动激素(adipokinetic hormone,AKH)及脂动激素受体(adipokinetic hormone receptor,AKHR)等基因的表达水平;表明沉默Nldesat10引起的卵黄原蛋白转录水平以及褐飞虱雌成虫繁殖力下降,主要可能是由于弱化了 TOR通路以及载脂蛋白。比较了沉默Nldesatl0的褐飞虱在取食人工饲料和取食水稻时存活率的差异,结果表明取食人工饲料的褐飞虱校正存活率显著高于取食水稻的。与对照褐飞虱取食的水稻相比,沉默Nldesat10褐飞虱取食水稻的茉莉酸(jasmonicacid,JA)和茉莉酸-异亮氨酸结合物(jasmonicacid-isoleucine,JA-Ile)含量没有显著变化,但水杨酸(salicylic acid,SA)含量却在取食后8 h显著提高。表明Nldeatl0除了在褐飞虱存活、繁殖及取食发挥重要作用外,还可能通过调控激发子的生物合成间接地参与调控水稻防御反应。(2)褐飞虱唾液分泌蛋白N1SEF1调控水稻的防御反应鉴定了一个褐飞虱唾液腺高表达基因N1SEF1,其编码蛋白具有EF-hand钙离子结合活性,并能在褐飞虱取食过程中分泌进入水稻。化学分析表明,沉默NlSEF1褐飞虱取食比对照褐飞虱取食能诱导水稻产生更高的Ca2+和H2O2浓度,但诱导的JA、JA-Ile和SA含量没有显著差异;与此相一致,外用原核表达的N1SEF1处理水稻不影响JA、JA-Ile和SA的积累,但却显著抑制H202的产生。这些结果表明褐飞虱唾液蛋白N1SEF1作为调控水稻防御反应的效应子在褐飞虱与水稻互作中具有重要作用。