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B型烟粉虱(Bemisia tabaci B biotype)是全球性的农业害虫,给农业生产造成了巨大的损失。对于B型烟粉虱与植物关系的研究,将可以为了解B型烟粉虱成灾机理及植物诱导抗性的利用奠定基础。本研究将B型烟粉虱与模式生物拟南芥作为研究系统,探讨了B型烟粉虱取食诱导拟南芥防御反应的机理。
论文利用双向凝胶电泳和质谱偶联的蛋白质组学方法,研究了B型烟粉虱取食后拟南芥蛋白质组的变化,共发现20个差异表达的蛋白质,其中10个上调,10个下调,包括5个上调的氧化还原相关蛋白质PRX2B、GPX6、MDAR3、MDARP和Y4967,6个下调的蛋白质折叠和调节相关蛋白质HSP90.2、HSP90.3、HSP90.7、ERD1、FKB70和ROC1,5个初级代谢相关蛋白质TBA6、SPP2、PDX11、RR5和RCA(除RCA外,均下调);3个上调的次生代谢相关蛋白质PR5、MYRO和NMT2,以及一个上调的功能未知的蛋白。与氧化还原相关的蛋白质发生上调可能与植物增加对昆虫取食的耐受性有关;与蛋白质折叠和调节相关的蛋白质发生下调可能与抑制植物的防御反应有关;与初级代谢相关的蛋白质发生下调而与次级代谢相关的蛋白质发生上调,表明B型烟粉虱取食诱导了拟南芥内部资源的重新分配,降低了营养水平,增强了防御反应,抵御B型烟粉虱的进一步取食。
为了阐明与氧化还原相关的蛋白质在B型烟粉虱诱导拟南芥防御反应中的作用,本研究检测了B型炯粉虱取食不同时间诱导拟南芥PRX2B,GPX6,MDAR3,MDARP和Y4967基因在mRNA水平的变化。结果表明,拟南芥被B型烟粉虱诱导后,PRX2B和GPX6的mRNA水平从第21天开始显著上调,而拟南芥的总抗氧化能力也从第21天开始显著提高。由此推断,PRX2B和GPX6对于拟南芥抗氧化能力的提高起着关键的作用。
植物HSP90在植物应对病原微生物的防御反应中发挥重要的作用:植物细胞质HSP90可以与R蛋白结合,启动下一步防御反应如超敏反应和系统获得抗性反应介导对病原微生物的抗性。因此,我们特别研究了蛋白质组研究中发现的差异蛋白质HSP90s在B型烟粉虱诱导拟南芥防御反应中的作用。首先检测了B型烟粉虱取食不同时间诱导拟南芥HSP90s基因在mRNA水平的变化。B型烟粉虱取食14天后,拟南芥HSP90.7的mRNA达到最高水平,然后上调幅度持续降低;28天后,HSP90.3的mRNA水平发生上调,而HSP90.2的mRNA水平在B型烟粉虱取食的28天过程中几乎没有变化。因为蛋白质组学的研究结果表明B型烟粉虱取食拟南芥28天后拟南芥HSP90.2、HSP90.3和HSP90.7在蛋白质水平都出现下调,所以拟南芥HSP90s基因在转录前后都受到了调控作用。随后,对B型烟粉虱在35S:HSP90.2/35S:HSP90.5/35S:HSP90.7转基因拟南芥和野生型拟南芥上发育情况的研究发现,35S:HSP90.2和35S:HSP90.7转基因拟南芥显著促进B型烟粉虱的发育,而35S:HSP90.5转基因拟南芥几乎不影响B型烟粉虱的发育。这表明,拟南芥的不同HSP90s对B型烟粉虱的发育具有不同的作用。此外,35S:HSP90.5转基因拟南芥和野生型拟南芥被B型烟粉虱取食后总抗氧化能力显著提高,而35S:HSP90.2和35S:HSP90.7转基因拟南芥被B型烟粉虱取食后总抗氧化能力没有显著变化。对此进一步相关性检验表明,植物的总抗氧化能力与B型烟粉虱的发育水平呈显著负相关。
B型烟粉虱取食可以诱导寄主植物发生防御反应。本研究通过对拟南芥中具有促进B型烟粉虱发育作用的HSP90.7的表达和有抑制作用的总抗氧化能力的检测分析,发现拟南芥HSP90.7和总抗氧化能力的动态调节在该防御反应中有重要作用。这种调节作用使B型烟粉虱能够快速适应多种寄主植物,并使其在与寄主植物的协同演化中达到某种平衡。