植物防御信号物质对桃蚜唾液腺中基因表达的影响

摘要

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阈值浓度。结果显示：桃蚜取食含有10mMSA和5mMJA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。
　　 3.SA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Mp10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。