植物防御信号物质对桃蚜唾液腺中基因表达的影响

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蚜虫是一类十分重要的农业害虫,可直接取食或间接传毒对农作物造成危害。经过长期的协同进化,蚜虫与植物之间形成了非常复杂的相互作用关系。植物受到蚜虫取食后,可通过多种信号途径诱导产生防御反应,以直接抑制蚜虫取食或吸引蚜虫天敌间接控制蚜虫种群发展,其中最主要的两种信号途径为茉莉酸和水杨酸途径。反过来,蚜虫感受到植物防御信号物质变化时,可通过改变唾液分泌等方式来适应植物的防御信号物质、毒素和次级代谢物,并使植物韧皮部汁液向着有利于蚜虫取食的方向变化。本文以北京和山东两个桃蚜种群为研究对象,首先对桃蚜可适应植物防御信号物质的阈值浓度进行测定,然后在人工饲料中添加阈值浓度水杨酸(SA)或茉莉酸(JA)以饲喂桃蚜,并测定其对桃蚜3种唾液腺中影响因子Mp10、Mp42和MpC002基因表达量的影响。初步明确了桃蚜在SA或JA诱导下,唾液腺中基因表达的变化,为阐明桃蚜对植物防御信号物质的适应性提供了理论和研究基础。研究结果如下:1桃蚜取食植物防御信号物质阈值浓度的测定通过向人工饲料中添加不同浓度的植物防御信号物质SA和JA,以饲喂北京和山东两种群桃蚜,分别测定其存活率,以取食人工饲料组为对照,并以此判断桃蚜对两种防御信号物质可适应的阂值浓度。结果显示:桃蚜取食含有lOmM SA和5mM JA的人工饲料时,其存活率与对照组无显著性差异,两个桃蚜种群无明显差异。2桃蚜唾液腺中3种基因序列的测定与比对运用分子生物学的方法,分别对北京和山东两种群桃蚜唾液腺中的3种基因进行克隆并测序,所得序列结果与Genbank上序列比对。结果显示:Mp10、Mp42、MpC002、 Actin产物长度分别为397bp、334bp、728bp和228bp;3种目的基因序列与已报道序列相比,存在个别碱基的差异,但并不显著;而MpC002基因只有山东种群存在一个碱基突变,表明该基因在桃蚜种群中具有高度保守性。3SA与JA对桃蚜3种基因表达量的影响向人工饲料中添加阈值浓度的SA或JA饲喂两桃蚜种群,结果表明:桃蚜取食人工饲料、SA和JA时,其Mp10、MpC002基因的表达量虽然存在一定的差异,但其变化趋势基本相同:都会在4h内表达量显著升高,经过一定程度的回落,随后上升。而在取食JA时,Mp10基因表达量下降所持续的时间不一致,北京种群经过8h的回落,然后回升,而山东种群在经过短暂回落后立即呈现上升趋势。可见:桃蚜会通过Ap10基因的过表达来适应取食对象质量的下降;两地桃蚜种群Mp10基因对取食对象发生变化时敏感程度不同。取食JA时,MpC002基因表达量则呈现出持续上升趋势。可见:桃蚜取食JA后可诱导MpC002基因的大量表达,推测该基因可能会在桃蚜适应植物诱导防御反应的重要因素之一,并且该基因的变化在两个种群差异不显著。但是Mp42基因表达量变化则相反:取食人工饲料和SA时,其会在短时间内显著性降低,并在6h时出现最小值,随后回升;并且当取食SA时,北京桃蚜对Mp42基因的表达量要显著低于山东种群。而取食JA时,虽然整体仍会显著性降低,但其随后的变化趋势与前两者相反:先出现小幅回升,继而继续下降。可见:桃蚜通过降低Mp42基因的表达来适应取食对象质量的下降,说明该基因的表达可能会消耗过多的资源,或者该蛋白的分泌会诱导植物产生防御反应,并且北京桃蚜更敏感。从3种基因的变化趋势来看,桃蚜在受到SA压力时,往往会表现出跟取食人工饲料后一致的变化趋势,而取食JA时则大不相同。因此可以看出:JA在植物抵抗蚜虫侵染的过程中起到更重要的作用。
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