烟粉虱-双生病毒-寄主植物互作及寄主植物在三者互作中的调控机制

摘要

近年来，MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱已入侵到全球许多国家和地区，给棉花、番茄和木薯等多种经济作物的种植和生产造成了毁灭性的灾难。烟粉虱的暴发通常伴随着双生病毒的流行及新双生病毒的出现，因此烟粉虱-双生病毒间的互惠共生在双生病毒的流行及烟粉虱的迅速扩张中起着重要作用。根据前人的研究结果可知，烟粉虱-双生病毒-植物互作关系复杂，可能对烟粉虱生长有利，也可能不利或无影响，这些互作关系的差异主要取决于不同的烟粉虱隐种、不同的寄主植物及其品系以及不同的病毒及其株系所组成的不同组合。本文以入侵性极强的MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱，中国番茄黄曲叶病毒(Tomatoyellow leaf curl China virus，TYLCCNV)、中国番木瓜曲叶病毒(Papaya leaf curl China virus，PaLCuCNV)和番茄黄曲叶病毒(Tomatoyellow leaf curl virus，TYLCV)3种双生病毒，番茄(品种:中杂9号)、番茄(品种:CastleMart)及CastleMart为背景型的茉莉酸合成缺失突变体spr2番茄和茉莉酸过表达转基因品系35S-prosystemin番茄以及本氏烟(Nicotianabenthamiana)为研究对象，比较烟粉虱在健康和感病寄主植物上的生物学特性，确定能够产生互惠共生关系的烟粉虱-双生病毒-植物组合。并进一步从植物防御角度研究三者互作的机制。结果如下:
　　1) MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱在健康和感病番茄上的生物学特性比较
　　与健康番茄植株上相比，MEAM1烟粉虱在感染TYLCCNV或TYLCV病毒的番茄(品种:CastleMart)或者番茄（品种:中杂9号)植株上的雌雄虫存活率和单雌产卵量均不存在显著变化;MED烟粉虱在感染TYLCCNV的番茄(品种:CastleMart)、感染TYLCV的番茄(品种:中杂9号)或者番茄(品种:CastleMart)植株上的生物学特性不存在显著差异，而在感染TYLCCNV的番茄（品种:中杂9号)上的MED烟粉虱单雌产卵量显著高于健康番茄上的产卵量，且雌雄虫存活率也有轻微升高，表现出一定的互惠趋势。
　　2) MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱在野生型番茄及其茉莉酸突变体植株上的生物学特性比较
　　与在野生型番茄(品种:CastleMart)上比较，MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱在茉莉酸合成缺失突变体番茄spr2上的成虫存活率和产卵量显著升高，而在茉莉酸过表达转基因番茄35S-prosystemin上的成虫存活率和产卵量显著降低，说明茉莉酸途径可以有效防御烟粉虱的取食和生长。但MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱在这三种番茄上的若虫期存活率差别不大，在茉莉酸过表达的番茄35S-prosystemin上的发育历期明显缩短了1-2天。
　　3) MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱在健康和感病茉莉酸突变体番茄上的生物学特性比较
　　与突变体番茄spr2或转基因番茄35S-prosystemin植株上相比，MEAM1烟粉虱或MED烟粉虱在感染TYLCCNV病毒的茉莉酸合成缺失突变体番茄spr2或者过表达茉莉酸前体prosystemin的转基因番茄35S-prosystemin上的雌雄虫存活率及单雌产卵量基本无变化或者有下降;而在感染TYLCV病毒的番茄spr2或者番茄35S-prosystemin上，MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱的雌雄虫存活率及单雌产卵量基本都有升高，特别是在感染了TYLCV的番茄35S-prosystemin上，升高效果显著。
　　通过定量茉莉酸(JA)途径相关基因的表达量发现，感染TYLCCNV的番茄35S-prosystemin上，JA途径的相关合成基因，调控因子及下游防御基因的表达与健康植株相比都有显著降低。而感染TYLCV的番茄35S-prosystemin上，JA途径的下游防御基因表达显著降低，但是其合成基因及调控因子变化不大。
　　4)本氏烟介导的双生病毒-烟粉虱互作机制
　　与健康本氏烟植株上相比，MEAM1烟粉虱和MED烟粉虱在感染PaLCuCNV或TYLCV病毒的本氏烟植株上，成虫存活率上升效果显著，而单雌产卵量变化不大。在TYLCCNV感染的本氏烟上MEAM1和MED烟粉虱的成虫存活率和单雌产卵量均没有显著变化。
　　与健康本氏烟上相比，TYLCCNV病毒感染本氏烟后，本氏烟叶片腺毛数量基本没有变化。而本氏烟接种病毒PaLCuCNV和TYLCV后，腺毛数量下降显著。
　　通过定量JA、SA途径相关基因及萜类物质合成相关基因的表达量发现，与健康本氏烟相比，TYLCCNV病毒侵染的本氏烟中，JA途径相关基因表达强度变化不大，SA途径的下游基因表达量升高显著，萜类物质合成相关基因大部分表达显著下调;PaLCuCNV病毒侵染本氏烟后，JA途径部分合成基因表达下调，SA途径的下游基因表达量显著升高，萜类物质合成相关基因表达无差异;TYLCV病毒侵染本氏烟后，JA途径基因表达量变化不大，SA途径的下游基因表达量升高显著，萜类物质合成基因部分表达下调。
　　而与对照（无本氏烟挥发物存在）棉花上相比，在健康或感染PaLCuCNV或TYLCCNV病毒的本氏烟挥发物的存在下，MEAM1烟粉虱在棉花上的成虫存活率下降显著，但健康和感染PaLCuCNV或TYLCCNV病毒的本氏烟的挥发物对烟粉虱成虫存活率的影响无差异。
　　综上所述，烟粉虱-双生病毒-植物之间的互作关系因物种组合不同发生变化，且对烟粉虱适合性高的植物，病毒侵染时对烟粉虱的生长发育影响较小，本研究还探索了寄主植物调控烟粉虱-双生病毒互作的机制，有助于更好的理解这三者的互作关系。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

1 文献综述与研究目的

1．1 烟粉虱

1．1．1 烟粉虱概述

1．1．2 烟粉虱危害方式及现状

1．1．3 烟粉虱对双生病毒的传播

1．2 双生病毒

1．2．1 双生病毒概况

1．2．2 双生病毒的危害及在中国的发生

1．3 烟粉虱-双生病毒-植物互作

1．3．1 植物应对烟粉虱取食的防御反应

1．3．2 烟粉虱应对植物防御反应的方式

1．3．3 植物介导的烟粉虱-双生病毒的互作

1．3．4 防御信号途径在烟粉虱-双生病毒世物互作中的作用

1．4 本研究的目的与主要内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 主要内容

2 基本材料与方法

2．1 基本材料

2．1．1 供试昆虫及其实验种群维持

2．1．2 供试植物

2．1．3 供试病毒及带毒植物的获取

2．1．4 主要仪器和设备

2．1．5 主要化学试剂

2．2 基本方法

2．2．1 烟粉虱隐种鉴定方法(RFLP-PCR)

2．2．2 带毒植物的鉴定

2．2．3 实时荧光定量PCR(quantitative PCR，qPCR)技术

3 MEAM1和MED烟粉虱在健康和感病番茄上的生物学特性比较

3．1 材料与方法

3．1．1 供试昆虫

3．1．2 供试植物

3．1．3 供试病毒及带毒植物的获取

3．1．4 烟粉虱成虫在健康和感病植株上的产卵量和成虫存活率的测定

3．1．5 数据处理与分析

3．2 结果与分析

3．2．1 在健康和感病CasdeMart番茄上两个隐种烟粉虱的生物学特性的差异

3．2．2 在健康和感病中杂9号番茄上两个隐种烟粉虱的生物学特性的差异

3．3 讨论

4 MEAM1和MED烟粉虱在野生型及茉莉酸突变体番茄上的生物学特性

4．1 材料方法

4．1．1 供试昆虫

4．1．2 供试植物

4．1．3 烟粉虱戍虫在三种番茄植株上的成虫存活率和产卵量的测定

4．1．4 烟粉虱在三种番茄植株上幼期存活事和发育历期的观察

4．1．5 数据处理与分析

4．2 结果与分析

4．2．1 MEAM1和MED烟粉虱在三种番茄上的成虫存活率和产卵量的差异

4．2．2 MEAM1和MED烟粉虱在三种番茄上的若虫存活事和发育历期

4．3 讨论

5 MEAM1和MED烟粉虱在健康和感病茉莉酸突变体番茄上的生物学特性

5．1 材料与方法

5．1．1 供试昆虫

5．1．2 供试植物

5．1．3 供试病毒及带毒植物的获取

5．1．4 烟粉虱成虫在健康和感病植株上的产卵量和成虫存活率的测定

5．1．5 番茄基因表达的qRT-PCR分析

5．1．6 数据统计分析

5．2 结果与分析

5．2．1 MEAM1和MED烟粉虱在spr2和TYLCCNV／TYLCV-spr2番茄上的生物学习性

5．2．2 烟粉虱在双生病毒侵染多35S-prosystemin转基因番茄上的生长发育状况

5．3 讨论

6 本氏烟介导的双生病毒-烟粉虱互作机制

6．1 材料与方法

6．1．1 供试昆虫

6．1．2 供试植物

6．1．3 供试病毒及带毒植物的获取

6．1．4 烟粉虱成虫在健康和感病本氏烟上的成虫存活率和单雌产卵量的测定

6．1．5 腺毛密度统计

6．1．6 本氏烟基因表达的qRT-PCR分析

6．1．7 挥发物实验

6．1．8 数据统计分析

6．2 结果与分析

6．2．1 MEAM1和MED烟粉虱在健康和感病本氏烟上的生物学特性

6．2．2 病毒影响本氏烟腺毛的密度及相关防御途径的反应

6．2．3 健康和感病本氏烟的挥发物对MEAM1烟粉虱的影响

6．3 讨论

7 总讨论

7．1 本研究的特色和创新之处

7．2 本研究存在的问题以及值得继续研究的一些问题

参考文献