腐食酪螨唾液蛋白的鉴定及其在糙皮侧耳—腐食酪螨互作中的功能分析

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腐食酪螨Tyrophagus putrescentiae(Schrank)(Acari:Acaridae)是一种世界性分布的粮储和食用菌害螨,寄主广泛,适应性强。近年来,随着食用菌周年化栽培规模的不断扩大,温暖湿润的栽培环境使螨害发生逐年加重,暴发频繁,严重威胁着我国食用菌的安全生产。腐食酪螨对食用菌产业的危害主要是取食影响食用菌的商品性状和产量并传播所携带的病原菌,造成大规模的经济损失。植食性昆虫的唾液作为昆虫与植物相互作用的媒介,在其相互作用中起着关键作用,唾液中所含的蛋白成分与昆虫取食和调控宿主防御反应等息息相关。因此研究腐食酪螨唾液蛋白有利于揭示食用菌-螨虫互作的激发子或效应子,阐明其在螨虫取食过程中功能和作用机制。本文首先分析了不同糙皮侧耳(俗称平菇)品种对腐食酪螨的抗性,并通过LC-MS/MS质谱技术对腐食酪螨唾液蛋白进行分析鉴定,选取高表达蛋白进行功能验证。随后对抗感品种辅以机械损伤或螨虫唾液处理测定糙皮侧耳响应螨虫取食的早期信号,并通过体外喷施候选蛋白对其进行功能验证,以期进一步确定唾液蛋白在食用菌-螨虫互作中的作用。实验研究结果如下:1.不同糙皮侧耳寄主对腐食酪螨的抗性分析不同糙皮侧耳寄主对腐食酪螨个体发育、雌螨寿命和生殖周期均有显著影响。卵到成虫的总发育历期从10.0±1.2天(Po389品种)到12.5±1.0天(Po62品种),死亡率在54.3±4.2%(Po86品种)~100.0±0.0%(Po62品种)之间。繁殖力结果显示,雌螨平均产卵量为3.2±0.4个/雌(Po45品种)~9.1±1.1个/雌(Po80品种),新生雌螨的平均寿命从3.0±0.5天(Po45品种)到16.3±1.7天(Po86品种)。腐食酪螨对9种糙皮侧耳寄主存在明显的喜好差异,螨虫更倾向在Po389、Po65、Po80和Po86品种所在的象限内活动,而对于Po60、Po62、Po63和Po45品种则不愿取食或停留。综合腐食酪螨在不同糙皮侧耳寄主上生长发育、繁殖情况和寄主选择偏好性,筛选出了3个具抗虫特性的品种,分别为Po62、Po45和Po63;3个感性品种为Po80、Po86和Po65。2.腐食酪螨唾液蛋白组分析通过蔗糖溶液饲喂的方法对腐食酪螨唾液进行收集,利用LC-MS/MS对唾液蛋白进行分析鉴定,共得到203种蛋白序列,其中98种蛋白检测到的肽段丰度较高。初步选取7个肽段丰度最高的蛋白做功能验证,分别命名为TP2002、TP7845、TP6702、TP2572、TP11318、TP6972和TP8564。3.糙皮侧耳响应腐食酪螨取食的早期信号研究选取前期筛选出的抗性品种Po45和感性品种Po86,分别辅以人工机械损伤和螨虫唾液处理5 min,进行糙皮侧耳防御信号和防御酶类的测定。与机械损伤相比,过氧化氢(H2O2)、SOD、POD、ATP-Na和NAD激酶在唾液处理的抗性品种中表达上调;Glu、NADH、PKA和GSH-PX在唾液处理的感性品种中表达上调。利用体外表达技术对候选蛋白进行表达纯化,获得外源蛋白用于功能验证。选取抗性品种Po45菌株和H2O2信号来进行腐食酪螨唾液激发子的筛选。通过体外喷施候选唾液蛋白发现其中6个蛋白引起H2O2水平的上升,TP11318蛋白喷施后H2O2水平提高了72.85%,其次为TP6972(49.51%),TP2572(44.84%),TP2002(43.70%),TP8564(39.68%),TP6702(21.13%),而TP7845则引起H2O2水平下降23.42%。选取TP11318蛋白作为候选激发子进行功能验证。4.腐食酪螨唾液激发子TP11318的功能研究为消除遗传背景的干扰,收集Po45菌株担孢子镜检挑选单核体,并通过螨虫取食筛选极端材料,取食结果表明单核菌丝抗虫性符合数量性状分布。随后,选取正态分布两端高抗和高感单核体作为后续功能研究材料。(1)对高感单核体喷施TP11318进行螨虫取食试验发现,单核体Po582在喷施唾液蛋白后,48 h内螨虫取食情况明显减弱,品种抗性显著提升。(2)Po582体外喷施TP11318分别处理1 min、5 min和30 min,利用荧光定量PCR对H2O2合成代谢途径相关基因进行分析,结果表明NOX1,NOX2和CAT基因表达量均出现上调,其中NOX1在30 min上调1.74倍,NOX2在5 min上调1.97倍,CAT在1 min上调1.35倍。(3)Po582体外喷施TP11318处理1 min和5 min,测定内源抗虫防御激素、相关氧化酶和H2O2表达情况。结果显示,TP11318引起防御激素和相关氧化酶不同程度地表达上调,显著性提高为异亮氨酸的偶联物(JA-ILE)表达量上升3.22倍和水杨酸甲酯(Me SA)表达量上升2.09倍、12-氧代植物二烯酸(OPDA)表达量上升2.37倍。同时,研究表明TP11318引起H2O2表达量上升1.31倍。综上所述,本研究证实了腐食酪螨唾液蛋白TP11318在糙皮侧耳-腐食酪螨互作中发挥着重要作用。同时揭示了腐食酪螨唾液蛋白的组成、糙皮侧耳早期胁迫响应信号并初步确认了TP11318作为激发子在激活糙皮侧耳防御反应中的作用及其潜在的生物学价值为后续研究提供理论基础。
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