【摘 要】
：
植物病毒可以操纵寄主植物释放挥发物以吸引或驱避介体昆虫,从而有利于病毒的流行和扩散。然而,无论是混合挥发物还是单一挥发物在调控介体昆虫寄主选择行为时所发挥的作用在很大程度上仍未可知。另外,植物病毒是否影响了介体昆虫相关嗅觉基因的表达,进而调控介体昆虫的寄主选择行为也尚未大量探索。基于此,本论文以水稻矮缩病毒（rice dwarf virus,RDV）、介体昆虫黑尾叶蝉（学名:Nephotettix
【基金项目】
：
国家重点基础研究计划（973计划） （2014CB138404）； 国家自然科学基金青年科学基金项目（31801752）； 浙江省基础公益研究计划青年基金项目（LQ18C140001）；
论文部分内容阅读
植物病毒可以操纵寄主植物释放挥发物以吸引或驱避介体昆虫,从而有利于病毒的流行和扩散。然而,无论是混合挥发物还是单一挥发物在调控介体昆虫寄主选择行为时所发挥的作用在很大程度上仍未可知。另外,植物病毒是否影响了介体昆虫相关嗅觉基因的表达,进而调控介体昆虫的寄主选择行为也尚未大量探索。基于此,本论文以水稻矮缩病毒（rice dwarf virus,RDV）、介体昆虫黑尾叶蝉（学名:Nephotettix cincticeps;英文名:green rice leafhoppers,GRLHs）和水稻（明恢63,MH63）为研究对象,结合昆虫行为学、化学生态学、分子生物学和基因编辑等方法,系统研究了RDV诱导的两种水稻挥发物（E）-β-石竹烯和2-庚醇对不带毒和带毒黑尾叶蝉寄主选择行为的影响。本论文还通过测定不带毒黑尾叶蝉的转录组以挖掘该昆虫的气味结合蛋白（odorant binding proteins,OBPs）和化学感受蛋白（chemosensory proteins,CSPs）基因,并通过qRT-PCR分析RDV对黑尾叶蝉OBPs和CSPs基因表达的影响以明确RDV作用的靶标基因。本论文将为设计新的植物病毒防控策略和发掘具有潜力的害虫靶标基因奠定理论与方法基础。1.RDV诱导的水稻挥发物影响不带毒和带毒黑尾叶蝉的寄主选择和气味感知首先,分析了不带毒和带毒黑尾叶蝉在未感染和感染RDV水稻之间的寄主选择和气味感知。结果表明:不带毒黑尾叶蝉偏好选择感染RDV的水稻,而带毒黑尾叶蝉偏好选择未感染RDV的水稻;感染RDV的水稻气味对不带毒黑尾叶蝉具有吸引作用,但对带毒黑尾叶蝉却有驱避作用。其次,测定标准品（E）-β-石竹烯和2-庚醇对不带毒和带毒黑尾叶蝉嗅觉行为的影响。结果表明:（E）-β-石竹烯对不带毒黑尾叶蝉具有吸引作用,但对带毒黑尾叶蝉无作用;2-庚醇对不带毒黑尾叶蝉无作用,但对带毒黑尾叶蝉具有驱避作用。由此推测,RDV诱导（E）-β-石竹烯和2-庚醇的释放,影响不带毒和带毒黑尾叶蝉的寄主选择。2.利用CRISPR/CAS9基因编辑系统构建oscas突变体水稻研究发现,RDV诱导水稻（E）-β-石竹烯合酶OsCAS基因的表达。为进一步明确（E）-β-石竹烯对不带毒黑尾叶蝉的吸引作用,利用基因编辑技术并结合遗传筛选,共获得了5种OsCAS基因的纯合突变体品系。比较RDV对5种突变体和亲本水稻OsCAS基因的影响后,发现oscas-1水稻的编辑效果最好。此外oscas-1与MH63的主要农艺性状无显著差异,由此筛选oscas-1水稻作为后续试验验证的材料。3.RDV诱导的水稻挥发物对黑尾叶蝉作用的验证通过分析MH63、MH63-RDV、oscas-1和oscas-1-RDV水稻释放的挥发物,发现（E）-β-石竹烯在MH63和oscas-1水稻、oscas-1和oscas-1-RDV水稻之间的释放量无显著差异,但相对于MH63-RDV水稻,oscas-1-RDV水稻释放的（E）-β-石竹烯显著被抑制。oscas-1-RDV水稻2-庚醇的释放量显著高于oscas-1水稻的释放量,而其他13种挥发物的释放量在四组水稻间无显著差异。生物测定结果表明:不带毒黑尾叶蝉在MH63和oscas-1水稻,oscas-1和oscas-1-RDV水稻之间的寄主选择和气味感知无显著差异。但在MH63-RDV和oscas-1-RDV水稻之间,其明显偏好选择MH63-RDV水稻。当（E）-β-石竹烯涂抹至oscas-1-RDV水稻后,不带毒黑尾叶蝉在MH63-RDV和oscas-1-RDV水稻之间的寄主选择和气味感知不再有显著差异。当2-庚醇涂抹至MH63水稻后,带毒黑尾叶蝉在MH63+2-庚醇和MH63水稻之间明显偏好选择未涂抹2-庚醇的MH63水稻。此外带毒黑尾叶蝉在oscas-1和oscas-1-RDV水稻之间明显偏好选择oscas-1水稻。综上所述,RDV诱导的两种水稻挥发物在黑尾叶蝉-RDV-水稻三者互作中发挥重要的作用。4.RDV影响黑尾叶蝉触角内OBPs和CSPs基因的表达分析了两种标准品挥发物对去触角后不带毒和带毒黑尾叶蝉嗅觉行为的影响。结果表明:（E）-β-石竹烯不再吸引去触角的不带毒黑尾叶蝉;2-庚醇不再驱避去触角的带毒黑尾叶蝉,从而明确黑尾叶蝉感知两种水稻挥发物的部位在触角。对黑尾叶蝉头部和残体进行转录组测序,序列经组装拼接后共得到46,623个unigenes。从这些序列中共鉴定到20个OBPs和13个CSPs基因。系统进化树结果表明,黑尾叶蝉的这些基因与小贯小绿叶蝉（Empoasca onukii）对应基因的亲缘关系更近。qRT-PCR结果表明,相对于黑尾叶蝉其他组织,9个OBPs和3个CSPs基因在触角中表达量更高,推测这些基因可能在触角内发挥重要的嗅觉功能。而在其他组织内表达的OBPs和CSPs基因可能参与其他的生理活动。此外OBP1-9和CSP2-3基因的表达量显著受到RDV的抑制。由此推测,这些被RDV抑制的嗅觉基因可能参与黑尾叶蝉感知这两种挥发物的过程。
其他文献
植物病毒是严重危害农产品安全生产的生物因子,严重影响农产品的产量、品质,造成巨大的经济损失。马铃薯Y病毒属（genus Potyvirus）是植物病毒中最大的属,而芜菁花叶病毒（Turnip mosaic virus,Tu MV）是其中危害较为严重的病毒之一。在植物病毒侵染寄主的过程中,寄主基因能够以不同的方式,调控寄主对病毒的抗性,从而抑制病毒侵染。挖掘、了解这些抗性基因在病毒侵染过程中的作用及
同源异型盒（Homeobox）基因在后生动物中广泛存在,且高度保守。Homeobox基因编码一段约60个氨基酸组成的homeodomain（HD）结构域,具有与DNA特异性结合,参与转录调控的功能。褐飞虱（Brown planthopper,Nilaparvata lugens）,隶属于半翅目飞虱科,为不完全变态昆虫,是我国以及东南亚各国水稻种植区的头号害虫。目前,对褐飞虱homeobox基因的研
近些年来,随着基因编辑技术的发展,基因驱动技术在害虫防治领域表现出巨大的应用潜力。CRISPR/Cas9基因编辑技术因为具有精度高、易操作、成本低等优点,目前被广泛用来构建基因驱动系统。本论文利用CRISPR/Cas9基因编辑技术,在模式昆虫黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）和农业害虫斑翅果蝇（Drosophila suzukii）中分别建立了安全可控的基因驱动系统。与此同
病毒普遍存在于生物体中,极具生态和基因组多样性。昆虫作为地球上已知数量和种类最为丰富的生物类群,是多种病毒的寄主,也是虫媒病毒的重要介体。而相较于已知昆虫和潜在的病毒数量,目前对昆虫病毒的了解还远远不足。近些年来,测序技术的发展加速了昆虫病毒的发现与鉴定,使越来越多的病毒从无症状感染的昆虫宿主中被鉴定出来。黑尾叶蝉Nephotettix cincticeps是亚洲地区常见的水稻害虫,可以传播多种水
近年来,化学杀虫剂滥用导致的环境问题备受关注,以罗伯茨绿僵菌（Metarhizium robertsii）为代表的昆虫病原真菌可开发为具有生物防治功能的真菌杀虫剂,其被广泛应用于各种农林害虫的防治,在替代传统化学杀虫剂方面具有重要潜力。罗伯茨绿僵菌营寄生、腐生以及根际共生三种生活方式,既是研究真菌致病机制的模式生物,也是研究不同碳氮源营养物质应答机制的良好材料。罗伯茨绿僵菌的致病过程包括穿透昆虫体
寄生蜂作为一类重要的天敌资源,可有效控制或减少农业害虫种群数量,在生物防治中被应用广泛。在寄生体系中,过寄生和避免过寄生是最受关注的行为学现象之一,但相关的分子机制却鲜有报道。本文以果蝇-小环腹瘿蜂这一寄生体系为研究对象,发现小环腹瘿蜂寄生后可导致寄主产生逃逸行为,从而避免过寄生。进一步揭示寄主的逃逸行为是由其中枢神经系统内的活性氧水平的大量升高所引起。研究还发现,活性氧的诱导产生以及寄主的逃逸行
稻飞虱（褐飞虱Nilaparvata lugens、白背飞虱Sogatella furcifera和灰飞虱Laodelphax striatellus）是中国等亚洲国家水稻上的重要害虫,对粮食安全造成严重危害。稻飞虱是典型的翅二型昆虫,长翅型个体擅长迁飞,有助于种群的扩散;短翅型个体具有较强的繁殖能力,帮助种群迅速扩增。深入了解其遗传背景,阐明翅型分化的调控机制对研发有效的飞虱防控策略具有重要意义
寄生蜂具有种类繁多、表型可塑性强和寄主范围广的特点,是一类重要的生物防治资源。蝶蛹金小蜂Pteromalus puparum寄生多种鳞翅目害虫,是菜青虫Pieris rapae的蛹期优势寄生蜂。寄生蜂对寄主种群的寄生潜力与寄生蜂的寿命密切相关,延长其寿命有利于提高其田间控害防效。蝶蛹金小蜂的寿命随着环境因素变化的可塑性强。为了探明蝶蛹金小蜂寿命的影响因子及其调控机制,本论文就营养条件、热胁迫和病毒
寄生蜂属于膜翅目,是一类具寄生习性的昆虫,种类繁多,具有多样化的生活习性和性状,是研究物种分化、寄生习性和单双倍体性别决定的良好模型。比如,丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis已经成为进化生物学和发育生物学领域的模式生物。同时,多数寄生蜂也是农业重大害虫的重要天敌,田间释放能够发挥良好的自然控制作用,部分已被商业化生产应用于害虫生物防治。深入研究和了解寄生蜂的寄生习性,有利于将其大
昆虫属于小型变温动物,温度胁迫能影响昆虫的生存、种群动态和分布。热激蛋白（Heat shock protein,HSP）是受温度胁迫后响应最为显著的一类蛋白。除在应对温度胁迫中至关重要,HSP对维持细胞和蛋白稳态也不可或缺,保障了昆虫在正常环境条件下的基本生长发育。目前,HSP在昆虫的研究主要集中在HSP70和HSP90家族,其它家族涉猎有限,缺乏系统、完整的研究。此外,昆虫中的研究以基因鉴定与温