戊唑醇对褐飞虱的生物活性及其作用机制

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褐飞虱Nilaparvata lugens(St(?)l)是水稻上的重要害虫,目前已对多种化学杀虫剂产生了不同程度的抗性,褐飞虱的抗药性严重阻碍了稻田褐飞虱的高效防控,亟需发掘新靶标为抗药性治理和新药研发提供理论支撑。作为褐飞虱不可或缺的一部分,类酵母共生菌(yeast-like symbiont,YLS)可为宿主提供诸多营养和代谢功能,提升宿主的生态优势,因此YLS有望作为防治褐飞虱的新靶点。基于此,本研究以水稻重要害虫褐飞虱及其类酵母共生菌为研究对象,分离鉴定了2株类酵母共生菌,测定了杀菌剂对YLS分离株的抑制作用及对褐飞虱的室内生物活性,并探究了戊唑醇对褐飞虱的作用机制,为“靶菌治虫”和新型绿色杀虫剂创制奠定理论基础。主要研究结果如下:1.基于分离培养,鉴定了2株褐飞虱YLS菌株,分离株菌落呈乳白色,并伴有芳香气味,分别命名为YLS-PDA1和YLS-CPDA3。ITS序列分析发现YLS-PDA1与Meyerozyma guilliermondii相似度较高(99.82%),YLS-CPDA3则与Candida pseudointermedia相似度较高(98.57%)。系统发育分析表明分离株YLS-PDA1与Meyerozyma guilliermondii亲缘关系较近,分离株YLS-CPDA3则单独分布在一枝。基于比浊法测定了不同杀菌剂对YLS分离株YLS-PDA1和YLS-CPDA3的毒力,发现戊唑醇、肟菌酯、咪鲜胺、嘧菌酯和吡唑醚菌酯对YLS分离株YLS-PDA1的有效中浓度(EC50)分别为18.96 mg/L、61.15 mg/L、70.61 mg/L、126.78 mg/L和152.39mg/L,而戊唑醇、丙环唑、肟菌酯、吡唑醚菌酯和嘧菌酯对分离株YLS-CPDA3的有效中浓度(EC50)分别为7.22 mg/L、21.78 mg/L、89.60 mg/L、177.32 mg/L和200.81mg/L,表明杀菌剂可抑制褐飞虱YLS分离株YLS-PDA1和YLS-CPDA3的生长。2.基于稻苗浸渍法测定了表面活性剂Triton X-100、Silwet 408和卵磷脂协同戊唑醇对褐飞虱的室内生物活性,发现表面活性剂Silwet 408和卵磷脂可显著提升戊唑醇对褐飞虱的室内生物活性。进一步测定了在Silwet 408或卵磷脂协同下14种杀菌剂对褐飞虱的室内生物活性,结果表明,卵磷脂协同戊唑醇显著降低褐飞虱的存活率,戊唑醇对褐飞虱的致死中浓度(LC50)为176.29 mg/L,除戊唑醇外,卵磷脂协同下的肟菌酯和丙环唑对褐飞虱也具有一定的室内生物活性。在测试的14个杀菌剂中,戊唑醇对褐飞虱的室内生物活性最高。3.进一步研究了戊唑醇对褐飞虱的作用机制,发现戊唑醇可引起褐飞虱蜕皮异常而死亡。基于此,利用q RT-PCR检测了戊唑醇对褐飞虱几丁质合成与代谢途径相关基因表达的影响。发现戊唑醇显著抑制了褐飞虱几丁质合成酶基因NlCHS1的表达,亦显著抑制几丁质降解酶基因NlCht1、NlCht5、NlCht7、NlCht9和NlCht10及β-N-乙酰己糖胺酶基因NlHex3、NlHex4、NlHex5和NlHex6的表达,这暗示戊唑醇引起的褐飞虱几丁质合成与代谢失衡是其死亡的重要原因。进一步探究了戊唑醇对褐飞虱的蜕皮激素信号通路基因表达的影响,发现戊唑醇亦导致褐飞虱蜕皮激素合成酶基因SDR、CYP307A2、CYP307B1、CYP306A2、CYP302A1、CYP315A1和CYP314A1的异常表达。以上结果暗示戊唑醇干扰蜕皮激素合成,进而引起几丁质代谢紊乱。4.为探究戊唑醇对褐飞虱共生菌的影响,基于ITS和16s r RNA扩增子测序分析了戊唑醇对褐飞虱共生真菌和共生细菌多样性和物种组成的影响。结果表明,戊唑醇处理显著影响褐飞虱共生真菌α多样性;基于Bray-Curtis距离的PCoA分析表明,戊唑醇显著影响褐飞虱共生真菌结构;进一步分析发现戊唑醇显著改变褐飞虱共生真菌的组成,其中共生真菌Metarhizium minus和Aspergillus的相对丰度显著降低,而Penicillium copticola、Ascomycota和Meyerozyma guilliermondii等共生真菌的相对丰度显著增加。此外,戊唑醇亦显著影响褐飞虱共生细菌α多样性及其组成和结构,其中,共生细菌Pseudomonas和Erwiniaceae的相对丰度显著降低。基于FUNGulid和PICRUSt2的微生物群落功能分析表明,戊唑醇显著影响褐飞虱共生真菌中腐生菌、病原菌的相对丰度和褐飞虱氨基酸的生物合成与降解。
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