【摘 要】
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α-葡萄糖苷酶（α-glucosidases）是一类淀粉水解酶,主要功能为水解α-1,4糖苷键,释放出葡萄糖,是昆虫糖代谢途径中不可或缺的酶类。桃蚜（Myzus persicae）寄主广泛,是重要的经济害虫,以刺吸植物含糖量极高的韧皮部汁液为食,研究其对糖类的代谢是解析蚜虫取食行为的重要层面。课题组前期在三种蚜虫取食相关的转录组中发现,α-葡萄糖苷酶基因是主要的共性差异基因。因此,本学位论文在全基
【基金项目】
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国家自然科学基金（32072423）； 国家重点研发计划课题（2019YFD1002101）；
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α-葡萄糖苷酶（α-glucosidases）是一类淀粉水解酶,主要功能为水解α-1,4糖苷键,释放出葡萄糖,是昆虫糖代谢途径中不可或缺的酶类。桃蚜（Myzus persicae）寄主广泛,是重要的经济害虫,以刺吸植物含糖量极高的韧皮部汁液为食,研究其对糖类的代谢是解析蚜虫取食行为的重要层面。课题组前期在三种蚜虫取食相关的转录组中发现,α-葡萄糖苷酶基因是主要的共性差异基因。因此,本学位论文在全基因组水平鉴定了桃蚜、豌豆蚜（Acyrthosiphon pisum）和褐色桔蚜（Aphis citricidus）三种蚜虫的α-葡萄糖苷酶基因,解析了桃蚜α-葡萄糖苷酶基因的表达模式及参与取食的功能,主要研究结果如下:1.三种蚜虫α-葡萄糖苷酶基因的鉴定为认识蚜虫α-葡萄糖苷酶基因在数量、序列结构以及进化上的关系,我们综合利用生物信息学方法,分别鉴定并获得了桃蚜、豌豆蚜、褐色桔蚜α-葡萄糖苷酶基因13、15、8个,较其他昆虫而言,蚜虫α-葡萄糖苷酶基因数量有所扩张;蚜虫α-葡萄糖苷酶基因均具有Aamy催化结构域,其中大多数基因含有信号肽,个别基因有跨膜区域;多序列比对中α-葡萄糖苷酶基因序列同源性较高,发挥催化功能所必需的4个序列保守区（CSR I-IV）及关键催化位点无缺失。系统发育分析将蚜虫α-葡萄糖苷酶分为4类:Category I、Category II、Category III、Category IV。其中,Category I聚集黑腹果蝇、家蚕α-葡萄糖苷酶基因;Category II疑似为唾液蛋白聚集;Category III为蚜虫特异的聚类,且不与唾液蛋白基因聚集;Category IV为刺吸式昆虫特有的聚类,与黑腹果蝇、家蚕α-葡萄糖苷酶成员较远。桃蚜分布于Category II、Category III、Category IV,按照该分组信息,对桃蚜α-葡萄糖苷酶基因进行命名。2.桃蚜α-葡萄糖苷酶基因的表达模式解析为探究疑似唾液蛋白α-葡萄糖苷酶基因在桃蚜中的表达模式差异,本章围绕取食相关转录组中4个差异表达的α-葡萄糖苷酶基因（Mp Ag C2-2、Mp Ag C3-1、Mp Ag C3-3、Mp Ag C3-4）,首先,利用RT-q PCR技术,分析了4个代表α-葡萄糖苷酶基因在不同发育阶段和组织的表达模式,分属Category II的Mp Ag C2-2在成蚜期高表达,且在组织唾液腺和肠道有较高表达量;其次,利用Western Blot技术,发现Mp Ag C2-2可能分泌至蚜虫取食的植物组织中,暗示Mp Ag C2-2可能作为唾液蛋白参与了蚜虫取食过程。分属Category III的Mp Ag C3-1、Mp Ag C3-3、Mp Ag C3-4三个基因组织中均在肠道高表达,但在不同龄期表达不同,如Mp Ag C3-1在成蚜期高表达,Mp Ag C3-3在1龄若蚜和成蚜期高表达,Mp Ag C3-4在4龄若蚜期高表达,相互间可能有功能互补性的作用。故此,推测Mp Ag C2-2（唾液蛋白）与Mp Ag C3-1、Mp Ag C3-3、Mp Ag C3-4（肠道蛋白）在取食过程中的作用方式不同。3.Mp Ag C2-2参与桃蚜取食的功能探究为探究桃蚜α-葡萄糖苷酶Mp Ag C2-2是否以唾液蛋白形式参与了取食,首先,基于饲喂法RNAi干扰Mp Ag C2-2后,显著诱导了成蚜的死亡、总产蚜量的下降、蚜虫体重和体型的变小,并导致了α-葡萄糖苷酶比活力和蚜虫葡萄糖含量显著降低,表明Mp Ag C2-2作为α-葡萄糖苷酶在桃蚜的取食过程中起着重要作用,它可能抑制了蚜虫α-葡萄糖苷酶肠外消化过程,导致获取营养物质的能力下降。EPG参数显示,干扰Mp Ag C2-2的蚜虫在取食时刺探时间（C波）更长,取食效率变低,同时,E波的总持续时间显著短于对照组,表明干扰Mp Ag C2-2的蚜虫在韧皮部取食时间缩短,造成对寄主植物的适合度下降。最后,利用瞬时表达技术在烟草叶片表达Mp Ag C2-2,发现拯救了干扰Mp Ag C2-2基因后的蚜虫死亡,且总产蚜量也恢复至对照组水平;同时,过表达Mp Ag C2-2时,蚜虫总产蚜量显著高于其他组,说明桃蚜在过表达Mp Ag C2-2时更有利于蚜虫取食,取食效率提高。故此,桃蚜α-葡萄糖苷酶Mp Ag C2-2以唾液蛋白形式参与了取食。综上所述,本学位论文研究结果明确了在取食过程中相关α-葡萄糖苷酶基因的表达模式,探究了Mp Ag C2-2以唾液蛋白形式参与取食的功能,为认识蚜虫α-葡萄糖苷酶基因的功能以及蚜虫与植物互作中唾液蛋白的类型提供了参考。
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