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植物保护学报JournalofPlantProtection 2021 48 6 1380 1386 DOI 10 13802 ki zwbhxb 2021 2021894 基金项目 国家自然科学基金 31371941 31572012 通信作者 Authorsforcorrespondence E mail jiaoxg zhangyoujun 收稿日期 2021 09 22 MEAM1 和MED 两个烟粉虱隐种取食对甘蓝 转录组影响的差异 胡 杰 1 卢靖天 1 付培艺 1 彭 宇 1 焦晓国 1 张友军 2 1 湖北大学生命科学学院 生物催化与酶工程国家重点实验室 武汉430062 2 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 北京100081 摘 要 为 绿 色 防 控 烟 粉 虱Bemisia tabaci 提 供 新 策 略 采 用 转 录 组 分 析MEAM1 和MED 两 个 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 甘 蓝 差 异 基 因 表 达 情 况 并 选 取 差 异 表 达 基 因 最 多 的 甘 蓝 苯 丙 烷 类 通 路 上PAL2 C4H 4CL1 和CHI 四 个 基 因 进 行 实 时 荧 光 定 量PCR 测 定 结 果 显 示 与 对 照 相 比 MEAM1 和MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 甘 蓝 差 异 表 达 基 因 数 分 别 为693 个 和1 030 个 GO 功 能 注 释 和KEGG 富 集 分 析 显 示 差异表达基因主要集中在苯丙烷类生物合成 萜类挥发物合成 芥子油苷合成 类黄酮生物合成 和 植 物 激 素 信 号 传 导 途 径 等 与 甘 蓝 抗 虫 物 质 合 成 相 关 的 通 路 上 虽 然MEAM1 与MED 两 个 烟 粉 虱 隐 种 均 能 显 著 激 活 植 物 激 素 信 号 传 导 途 径 和 苯 丙 烷 类 合 成 通 路 调 控 的 酚 类 物 质 合 成 途 径 但 MED 烟 粉 虱 隐 种 与 甘 蓝 互 作 的 差 异 表 达 基 因 数 高 于MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 取 食 甘 蓝12h 后 甘 蓝 苯 丙 烷 通 路 上 游PAL2 C4H 和4CL1 三 个 基 因 均 显 著 上 调 而MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 甘 蓝 苯 丙 烷 通 路 上PAL2 C4H 4CL1 和CHI 四 个 基 因 均 变 化 不 显 著 这4 个 差 异 基 因 的 表 达模式与测序结果一致 表明测序结果的可信度高 关键词 烟粉虱 转录组分析 基因 苯丙烷合成通路 芥子油苷 实时荧光定量PCR DifferencesinthetranscriptomesofBrassicaoleracealeavesinfestedbyMEAM1 andMEDcrypticspeciesoftobaccowhiteflyBemisiatabaci Hu Jie 1 Lu Jingtian 1 Fu Peiyi 1 Peng Yu 1 Jiao Xiaoguo 1 Zhang Youjun 2 1 StateKeyLaboratoryofBiocatalysisandEnzymeEngineering SchoolofLifeSciences HubeiUniversity Wuhan430062 HubeiProvince China 2 InstituteofVegetablesandFlowers ChineseAcademyofAgriculturalSciences Beijing100081 China Abstract In order to provide a novel strategy for green control of tobacco whitefly Bemisia tabaci transcriptome analysis was used to analyze the differentially expressed genes DEGs of cabbage after being infested by MEAM1 and MED cryptic species of B tabaci Four genes PAL2 C4H 4CL1 and CHIinvolvedinthephenylpropanoidbiosynthesispathwaywiththemostDEGswereselectedforquan titative real time PCR qRT PCR to verify the reliability of cabbage transcriptome data The results showed that compared with the control the numbers of DEGs in cabbages after being infested by MEAM1 and MED were 693 and 1 030 respectively GO functional annotation and KEGG enrich ment analysis showed that the DEGs were mainly concentrated in the pathways related to the synthesis of insect resistant substances in cabbage such as phenylpropanoid biosynthesis terpenoid biosynthesis glucosinolate biosynthesis flavonoid biosynthesis and plant hormone signal transduction pathway Al 6 期 胡 杰等 MEAM1 和MED 两个烟粉虱隐种取食对甘蓝转录组影响的差异 1381 though the plant hormone signal transduction pathway and phenylpropanoid biosynthesis pathway were significantly activated in both MEAM1 and MED the number of DEGs in cabbage infested by MED was higher than that by MEAM1 After cabbage being infested by MEAM1 for 12 h the three genes PAL2 C4H and 4CL1 upstream of the phenylpropanoid biosynthesis pathway in cabbage were signifi cantly up regulated while PAL2 C4H 4CL1 and CHI in cabbage infested by MED did not change sig nificantly TheexpressionpatternsofthesefourDEGsanalyzedbyqRT PCRwereconsistentwiththose bytranscriptomesequencing indicatingthatthetranscriptomedatawerehighlyreliable Key words Bemisia tabaci transcriptome analysis gene phenylpropanoid biosynthesis pathway glu cosinolates quantitativereal timePCR 在 与 植 食 性 昆 虫 长 期 协 同 进 化 过 程 中 植 物 形 成 了 一 套 有 效 的 防 御 机 制 植 物 抗 虫 防 御 机 制 通 常 受 植 物 激 素 信 号 传 导 介 导 Stahletal 2018 目 前 已知与植物防御机制有关的信号传导途径主要有茉 莉 酸 jasmonic acid JA 水 杨 酸 salicylic acid SA 和 乙 烯 这3 种 这 些 信 号 转 导 途 径 的 末 端 产 物 作 为 信 号 分 子 激 活 植 物 相 关 防 御 基 因 的 表 达 致 使 下 游 次 生 抗 虫 物 质 累 积 和 挥 发 物 释 放 从 而 使 植 物 表 现 出 对 害 虫 的 抗 性 Smith et al 2009 Heil Karban 2010 通 常 认 为 刺 吸 式 口 器 害 虫 侵 染 诱 导 寄 主 植 物 激 活SA 防 御 途 径 而 咀 嚼 式 口 器 害 虫 诱 导JA 防 御 途 径 二 者 通 常 表 现 为 拮 抗 关 系 Wu Baldwin 2010 甘蓝是一类重要的十字花科作物 其具有多 种 抗 虫 机 制 除 具 有 十 字 花 科 作 物 特 有 的 抗 虫 防 御 体 系 芥 子 油 苷 黑 芥 子 酶 系 统 外 张 凯 鑫 等 2017 苯丙烷通路调控合成的酚类物质也是十字花科作物 一 类 重 要 的 次 生 抗 虫 物 质 War et al 2012 Yang et al 2020 烟 粉 虱Bemisia tabaci 隶 属 半 翅 目 粉 虱 科 其 寄 主 十 分 广 泛 通 过 直 接 取 食 和 传 播 病 毒 等 方 式 为 害 大 部 分 蔬 菜 和 园 艺 作 物 Wang et al 2017 烟 粉 虱 是 一 个 隐 存 种 复 合 群 包 括30 多 个 隐 种 其 中 MEAM1 Middle East Asia Minor 1 和MED Medi terranean 是 影 响 最 大 的2 个 外 来 入 侵 烟 粉 虱 隐 种 Pan et al 2011 越 来 越 多 研 究 表 明 烟 粉 虱 能 利 用JA 与SA 通 路 的 拮 抗 关 系 即 通 过 激 活SA 通 路 来 抑 制 承 担 主 要 防 御 任 务 的JA 通 路 进 而 实 现 对 植 物 防 御 的 操 控 Zarate et al 2006 Xu et al 2019 Zhang et al 2019 该 机 制 一 定 程 度 上 解 释 了 MEAM1 和MED 烟 粉 虱 隐 种 在 全 球 的 发 生 和 扩 散 在 我 国 大 部 分 地 区 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 逐 渐 被 MED 烟 粉 虱 隐 种 取 代 取 代 的 原 因 主 要 归 于MED 烟 粉 虱 隐 种 对 常 用 杀 虫 剂 的 抗 性 比MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 的 高 此 外 MED 烟 粉 虱 隐 种 对 寄 主 植 物 的 适 应 性 强 于MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 Yang et al 2020 目 前 甘 蓝 是 少 有 的 适 宜 于MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 生 长 发 育 而 不 利 于MED 烟 粉 虱 隐 种 的 寄 主 植 物 El baz et al 2012 Cui et al 2017 阐 明 甘 蓝 对 MEAM1 和MED 烟 粉 虱 隐 种 的 抗 性 差 异 及 其 机 制 对 烟 粉 虱 的 防 控 具 有 重 要 意 义 近 年 来 转 录 组 技 术被广泛用于与植物抗虫相关基因的挖掘和功能验 证 黄欣蒸等 2020 本 研 究 拟 采 用 转 录 组 测 序 技 术 分 析MEAM1 和 MED 两 个 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 甘 蓝 差 异 基 因 表 达 并 选 取 差 异 表 达 基 因 最 多 的 甘 蓝 苯 丙 烷 通 路 上PAL2 C4H 4CL1 和CHI 四 个 基 因 进 行 实 时 荧 光 定 量PCR quantification real time PCR qRT PCR 测 定 以 验 证 转 录 组 数 据 结 果 的 准 确 性 以 期 为 绿 色 防 控 烟 粉 虱提供新策略 1 材料与方法 1 1 材料 供 试 昆 虫 和 植 物 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 由 湖 北 省 农 业 科 学 院 植 保 土 肥 研 究 所 提 供 MED 烟 粉 虱 隐 种 由 中 国 农 业 科 学 院 蔬 菜 花 卉 研 究 所 提 供 这2 个 烟粉虱隐种分别装入养虫笼内 置于自然光照 温度 25 1 和 相 对 湿 度50 70 的 温 室 中 饲 养 用 营 养 生 长 期 的 棉 花 饲 喂 饲 养3 代 后 用 于 分 子 标 记 鉴 定 甘 蓝 品 种 为 京 丰1 号 种 子 购 于 中 国 农 业 科 学 院 蔬 菜 花 卉 研 究 所 将 种 子 播 于 直 径 15 cm 营 养 钵 中 将 其 置 于 温 室 内 温 室 控 制 条 件 同 上 待 甘 蓝 苗 长 到6 8 叶 期 后 供 试 棉 花 品 种 为 中 棉 所49 由 中国农业科学院棉花研究所提供 试 剂 和 仪 器 Trizol 试 剂 赛 默 飞 世 尔 科 技 中 国 有 限 公 司 cDNA 合 成 试 剂 盒 翌 圣 生 物 科 技 上 海 有 限 公 司 其 他 试 剂 均 为 国 产 分 析 纯 Nano Drop2000 微 量 分 光 光 度 计 赛 默 飞 世 尔 科 技 中 国 有 限 公 司 JXFSTPRP 24 全 自 动 样 品 快 速 研 磨 仪 1382 植 物 保 护 学 报 48 卷 上 海 净 信 实 业 发 展 有 限 公 司 DYY 6C 型 电 泳 仪 北 京 市 六 一 仪 器 厂 MonadQuickGel6200 凝 胶 成 像 系 统 莫 纳 生 物 科 技 有 限 公 司 CFXConnect 荧 光 定 量 PCR 仪 美 国Bio Rad 公 司 IlluminaHiSeq TM 4000 高 通量测序平台 北京百迈客生物科技有限公司 微虫 笼 外 周 直 径3 2cm 高1 5cm 的 竹 夹 式 圆 柱 形 塑 料 笼 两 底 面 粘 孔 径 为0 075 mm 的 纱 网 自 制 长 35 cm 宽35cm 高35cm 纱 网 孔 径 为0 125mm 的 养虫笼 自制 1 2 方法 1 2 1 烟粉虱取食试验及样品采集 为 保 证 试 验 材 料 的 一 致 性 和 结 果 的 准 确 性 选 取 长 势 一 致 叶 片 总 面 积 大 致 相 等 的6 8 叶 期 甘 蓝 苗 进 行 试 验 为 了 防 止 烟 粉 虱 在 叶 片 间 迁 飞 在 每 株 甘 蓝 中 下 部 叶 片 上 夹 上1 个 微 虫 笼 用 自 制 吸 虫 器 随 机 吸 取MEAM1 和MED 烟 粉 虱 隐 种 成 虫 各50 头 雌 雄 性 比 为1 1 置 于 微 虫 笼 内 在 室 内 自 然 条 件 下任其自由取食 以笼中无烟粉虱为对照 每个处理 重 复4 次 每 个 重 复1 株 甘 蓝 接 种 烟 粉 虱 为 害1 d 后 取 每 株 甘 蓝 中 下 部 未 接 虫 的 单 片 叶 用 于RNA 提 取 1 2 2 烟粉虱取食后甘蓝叶片RNA 提取和测序 将不同处理的甘蓝叶片迅速置于液氮中利用研 磨 仪 粉 碎 研 磨 按 照Trizol 试 剂 说 明 书 提 取 样 品 RNA 使 用 微 量 分 光 光 度 计 和1 琼 脂 糖 凝 胶 电 泳 进 行RNA 纯 度 浓 度 和 完 整 度 检 测 取1 9 OD 260nm OD 280nm 2 0 完 整 度 较 好 的RNA 样 品 委 托 北 京 百 迈 客 生 物 科 技 有 限 公 司 进 行 转 录 组 测 定 利 用Illu minaHiSeq TM 4000 高 通 量 测 序 平 台 对 测 序 获 得 的 原 始 数 据 进 行 质 量 控 制 即 去 除 原 始 数 据 中 含 有 接 头 的 和 低 质 量 的reads 得 到cleandata 经 过 测 序 质 量 控 制 各 样 品Q 30 碱 基 百 分 比 均 不 低 于90 表 示 测 序 质 量 良 好 能 够 满 足 建 库 要 求 可 用 于 后 续 试 验 分 析 1 2 3 烟粉虱取食后甘蓝叶片的转录组差异分析 将cleandata 与 甘 蓝 参 考 基 因 组 ftp ftp ensem blgenomes org pub plants release 45 fasta brassica ol eracea dna 进 行 序 列 比 对 获 得mapped data 对 不 同 处 理 样 品 的 表 达 量 进 行 差 异 表 达 分 析 将 倍 数 变 化 fold change FC 2 且 阈 值 错 误 发 现 率 false discovery rate FDR 0 01 作 为 筛 选 差 异 基 因 的 标 准 筛 选 到 的 差 异 基 因 进 行GO 功 能 注 释 和KEGG 通 路 富 集 分 析 GO 功 能 注 释 是 基 于GO 数 据 库 进 行的标准生物学注释过程 包括生物学过程 分子功 能 和 细 胞 组 分3 个 方 面 KEGG 通 路 富 集 分 析 可 以 将 差 异 表 达 基 因 的 通 路 注 释 分 析 提 供 的 整 合 代 谢 途 径 包 括 碳 水 化 合 物 核 苷 和 氨 基 酸 等 利 用 GraphPad Prism 8 0 软 件 绘 制GO 功 能 注 释 分 类 统 计 图 1 2 4 烟 粉 虱 取 食 后 甘 蓝 叶 片 差 异 表 达 基 因 的 验 证 为 了 验 证 测 序 结 果 的 准 确 性 选 取 差 异 表 达 基 因 最 多 的 甘 蓝 苯 丙 烷 通 路 上PAL2 C4H 4CL1 和 CHI 四 个 上 游 基 因 进 行qRT PCR 测 定 饲 喂 试 验 处 理 试 虫 数 量 雌 雄 比 和 取 样 方 法 同1 2 1 仅 是 烟 粉 虱 取 食12h 后 取 样 参 照Trizol 试 剂 说 明 书 提 取 甘 蓝 样 品 总RNA 使 用 微 量 分 光 光 度 计 和1 琼 脂 糖 凝 胶 电 泳 检 测RNA 的 纯 度 和 完 整 性 取2 g 质 量 较 好 且 无 基 因 组 污 染 的 总RNA 按 照cDNA 合 成 试 剂 盒 说 明 书 反 转 录 合 成cDNA 利 用Primer Pre mier5 0 软 件 及NCBI 数 据 库 序 列 对 这4 个 基 因 的 引 物 进 行 设 计 表1 使 用CFX Connect 荧 光 定 量 PCR 仪 进 行qRT PCR 扩 增 10 L 反 应 体 系 20 倍 稀 释 的cDNA 模 板 液2 L 2 SYBR 预 混 染 料Ex Taq II 5 L 100 mol L 上 下 游 引 物 各 0 4 L ddH 2 O2 2 L 反 应 条 件 95 预 变 性3min 95 变 性30 s 55 退 火30 s 72 延 伸1 min 40 个 循 环 甘 蓝Actin 为 内 参 基 因 每 个 处 理3 次 生 物 学 重 复 采 用2 Ct 法 对qRT PCR 数 据 进 行 分 析 获 得4 个 基 因的表达量 表1 本研究设计的用于实时荧光定量PCR 检测的基因引物 Table1 Sequencesofspecificprimersdesignedandusedforquantitativereal timePCR 基因Gene PAL2 C4H 4CL1 CHI Actin 正向引物Forwardprimer 5 AGTTCACCGATCATCTAACG 3 5 GCCGTTCCTTAGAGGCTACTTG 3 5 GAGGTGTAAAGTGACGGTTGCTC 3 5 CGGAGAACTGTGTGGCGATA 3 5 CTATTGAGCATGGTGTTGTGAGC 3 反向引物Reverseprimer 5 CTAGCTTCATGTACGAGCTT 3 5 CCTCGTTGATCTCTCCCTTCTGTT 3 5 AGCACCAGATTTCACAACCCTAA 3 5 AGAGCGAAGAGGATGGATGC 3 5 TAGCTGGAGAGTTGAAGGTTTCG 3 1 3 数据分析 使 用IBM SPSS Statistic 19 0 软 件 对 试 验 数 据 进 行 统 计 分 析 采 用 单 因 素 进 行 方 差 分 析 应 用 Tukey sHSD 法进行差异显著性检验 2 结果与 分析 2 1 烟粉虱取食后甘蓝转录组差异表达分析 与 对 照 相 比 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 取 食 甘 蓝 叶 片1d 后 其差异表达基因有693 个 其中467 个上调 表 达 226 个 下 调 表 达 MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 甘 蓝 叶 片1d 后 其 差 异 表 达 基 因 有1030 个 其 中576 个 上 调表达 454 个下调表达 图1 2 2 烟粉虱取食后甘蓝差异表达基因GO 功能注释 仅列出富集显著性最可靠且注释到的差异基因 超 过30 个 的 通 路 图2 MED 与MEAM1 烟 粉 虱 隐种取食1d 后 甘蓝差异基因均主要富集到生物学 过 程 和 细 胞 组 分 这 两 大 类 其 中 在 生 物 学 过 程 中 富 集 到 差 异 基 因 个 数 最 多 的 是 细 胞 过 程 代 谢 过 程 和 单 组 织 过 程 在 细 胞 组 分 中 富 集 到 差 异 基 因 个 数 最 多 的 是 细 胞 和 细 胞 组 分 分 子 功 能 中 富 集 到 差 异 基 因 最 多 的 是 催 化 活 性 和 结 合 图2 在 所 有GO 条 目 中 MED 烟 粉 虱 取 食1 d 后 甘 蓝 富 集 到 的 差 异 基 因均 要多 于MEAM1 取食1d 后的 甘蓝 图2 由此 可 见 与MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 取 食 相 比 MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 能 够 引 起 甘 蓝 响 应 的 程 度 更 高 二 者 诱 导甘蓝产生的防御响应水平差别较大 图1 MEAM1 和MED 烟粉虱隐种取食后 甘蓝叶片差异表达基因数 Fig 1 No ofdifferentiallyexpressedgenesofcabbageinfest edbyMEAM1andMEDcrypticspeciesofBemisiatabaci 1 细 胞 过 程 2 代 谢 过 程 3 单 组 织 过 程 4 生 物 调 节 5 刺 激 响 应 6 发 育 过 程 7 多 细 胞 生 物 过 程 8 细 胞 组 成 或 生 物 发 生 9 定 位 10 信 号 转 导 11 繁 殖 过 程 12 多 组 织 过 程 13 细 胞 14 细 胞 组 分 15 细 胞 器 16 膜 17 膜 组 分 18 大 分 子 复 合 体 19 胞 外 区 20 细 胞 连 接 21 共 质 体 22 结 合 23 催 化 活 性 24 结 合 25 核 酸 结 合 转 录 因 子 活 性 26 转 运 蛋 白 活 性 1 Cellularprocess 2 metabolicprocess 3 single organismprocess 4 bio logicalregulation 5 responsetostimulus 6 developmentalprocess 7 multicellularorganismalprocess 8 cellularcompo nent organization or biogenesis 9 localization 10 signaling 11 reproductive process 12 multi organism process 13 cell 14 cell part 15 organelle 16 membrane 17 membrane part 18 macromolecular complex 19 extracellular region 20 celljunction 21 symplast 22 binding 23 catalyticactivity 24 binding 25 nucleicacidbindingtranscriptionfactoractivi ty 26 transporteractivity 图2 MEAM1 和MED 烟粉虱隐种取食后甘蓝叶片差异表达基因的GO 功能注释 Fig 2 GOfunctionalcategoriesofdifferentiallyexpressedgenesinthecabbageleavesinfestedbyMEAM1and MEDcrypticspeciesofBemisiatabaci 2 3 烟 粉 虱 取 食 后 甘 蓝 差 异 表 达 基 因 的KEGG 分 析 KEGG 富 集 分 析 结 果 显 示 MEAM1 和MED 烟 粉虱隐种取食后甘蓝叶片差异表达基因分别富集到 84 条 和87 条 通 路 上 其 中 与 作 物 抗 虫 性 密 切 相 关 的 通 路 有 苯 丙 烷 类 生 物 合 成 途 径 芥 子 油 苷 生 物 合 成 途径 类黄酮生物合成途径 萜类挥发物生物合成途 6 期 胡 杰等 MEAM1 和MED 两个烟粉虱隐种取食对甘蓝转录组影响的差异 1383径 和 植 物 激 素 信 号 传 导 途 径 与 对 照 相 比 MEAM1 和MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 甘 蓝 均 引 起 这 些 抗 虫 通 路 部 分 标 记 基 因 上 调 MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 甘 蓝注释到与抗虫防御相关通路上的差异表达基因数 要 远 多 于MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 表 明MED 烟 粉虱隐种诱导甘蓝的防御响应更明显 表2 表2 MEAM1 和MED 烟粉虱隐种取食后甘蓝叶片抗虫防御相关差异表达基因的KEGG 富集分析 Table2 KEGGenrichmentanalysisofdifferentiallyexpressedgenesinvolvedintheplantdefensepathwayincabbagesinfestedby MEAM1andMEDcrypticspeciesofBemisiatabaci 路径编号 PathwayID ko00900 ko00940 ko00966 ko04075 ko00941 通路描述 Pathwaydescription 萜类挥发物生物合成途径Terpenoidbackbonebiosynthesis 苯丙烷类生物合成途径Phenylpropanoidbiosynthesis 芥子油苷生物合成途径Glucosinolatebiosynthesis 植物激素信号传导途径Planthormonesignaltransduction 类黄酮生物合成途径Flavonoidbiosynthesis 差异表达基因数目 No ofdifferentiallyexpressedgenes MEAM1 取食甘蓝 MEAM1 infestedcabbages 1 12 2 11 3 MED 取食甘蓝 MED infestedcabbages 2 17 3 19 2 2 4 烟粉虱取食后甘蓝叶片差异表达基因的验证 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 取 食12 h 后 甘 蓝 叶 片 苯 丙 烷 通 路 上 PAL2 F 2 6 37 223 P 0 001 图3 A C4H F 2 6 19 676 P 0 002 图 3 B 和 4CL1 F 2 6 26 146 P 0 001 图3 C 3 个 上 游 基 因 的 相 对 表 达 量 均 较 对 照 显 著 上 调 而CHI 基 因 F 2 6 0 550 P 0 604 图3 D 相 对 表 达 量 较 对 照 无 显 著 变 化 相 反 MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食12 h 后 甘 蓝 叶 片 苯 丙 烷 通 路 上4 个 基 因 的 相 对 表 达 量 均 较 对 照 无 显 著 变 化 且 这4 个 差 异 基 因 的qRT PCR 结 果 与 测 序 结 果 一致 图3 表明测序结果可信度高 图3 MEAM1 和MED 烟粉虱隐种取食后诱导甘蓝叶片苯丙烷通路相关基因PAL2 A C4H B 4CL1 C 和CHI D 的表达 Fig 3 RelativeexpressionlevelsofPAL2 A C4H B 4CL1 C andCHI D genesinvolvedinthephenylpropanoidpathwayin cabbageleavesinfestedbyMEAM1andMEDcrypticspeciesofBemisiatabaci 图 中 数 据 均 为 平 均 数 标 准 误 同 色 柱 上 不 同 小 写 字 母 表 示 经Tukey s HSD 法 检 验 在P 0 05 水 平 差 异 显 著 Data are mean SE DifferentlowercaselettersonthesamebarsindicatesignificantdifferenceatP 0 05levelbyTukey sHSDtest 1384 植 物 保 护 学 报 48 卷3 讨论 本 研 究 通 过 转 录 组 数 据 分 析 发 现 MEAM1 和 MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 均 能 诱 导 甘 蓝 产 生 防 御 响 应 主要体现在有较多的差异表达基因被注释到苯丙烷 通 路 控 制 的 多 酚 合 成 类 黄 酮 合 成 和 萜 类 挥 发 物 合 成等与植物抗虫机制相关的调控通路上 目前普遍 认 为 刺 吸 式 口 器 害 虫 取 食 能 激 活 寄 主 植 物SA 信 号 传 导 途 径 而 有 效 抑 制JA 信 号 传 导 途 径 两 者 通 常 表 现 为 拮 抗 关 系 Zhang et al 2009 但 是 本 研 究 发 现MEAM1 和MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 均 能 导 致JA 信 号 通 路 上 的 部 分 关 键 标 记 基 因 上 调 而SA 信 号 通 路 标 记 基 因 无 显 著 变 化 Florencio Ortiz et al 2020 研 究 结 果 也 发 现 刺 吸 式 害 虫 蚜 虫 取 食 辣 椒 后 其 叶 片 内JA 含 量 在 各 个 时 间 点 均 显 著 上 调 而 SA 含 量 无 明 显 变 化 Kantetal 2008 研 究 发 现 有 些 二 斑 叶 螨Tetranychus urticae 品 系 的 取 食 甚 至 能 同 时 抑 制JA 与SA 信 号 通 路 Maronetal 2019 认 为害虫取食所诱导的寄主植物防御信号通路具有害 虫 种 的 特 异 性 和 寄 主 植 物 种 的 特 异 性 由 此 可 见 JA 与SA 信 号 通 路 的 运 作 机 制 十 分 复 杂 受 多 种 因 素 的 影 响 尚 无 普 遍 适 用 的 模 式 苯 丙 烷 类 合 成 通 路调控合成的酚类物质是一类重要的植物次生抗虫 代 谢 产 物 Dixon et al 2002 War et al 2012 本 研 究 结 果 发 现 甘 蓝 被MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 取 食12h 后 苯 丙 烷 通 路 多 酚 合 成 3 个 相 关 基 因 表 达 显 著 上 调 而 甘 蓝 被MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 苯 丙 烷 通 路 上4 个 基 因 与 未 被 取 食 的 甘 蓝 均 没 有 显 著 变 化 可 见 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 取 食 诱 导 甘 蓝 总 酚 的 累 积 使 寄 主 质 量 恶 化 导 致MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 回 避 在前期取食过的甘蓝上取食和产卵 未发表数据 甘 蓝 对MEAM1 和MED 烟 粉 虱 的 抗 性 存 在 明 显 差 异 如 相 较 于MED 烟 粉 虱 隐 种 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 在 甘 蓝 上 存 活 率 和 生 殖 率 更 高 发 育 历 期 也 更 短 Cui et al 2017 Liu et al 2012 通 过 刺 探 电 位 技 术 发 现 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 比MED 烟 粉 虱 隐 种 更 适 于 在 甘 蓝 上 取 食 本 研 究 的GO 功 能 注 释 图 显 示 在 所 有GO 条 目 中MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 甘 蓝 差 异 表 达 基 因 数 要 显 著 多 于MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 的 KEGG 富 集 分 析 还 发 现MED 烟 粉 虱 隐 种 取食后甘蓝注释到与抗虫防御相关的通路上的差异 表 达 基 因 数 量 要 远 多 于MEAM1 取 食 后 的 由 此 可 见MEAM1 与MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 诱 导 甘 蓝 产 生 的 防 御 响 应 水 平 差 异 较 大 且 相 较 于MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 MED 烟 粉 虱 隐 种 取 食 引 起 甘 蓝 响 应 的 水 平 更 高 证 明 了 甘 蓝 作 为 寄 主 植 物 对MED 烟 粉 虱 的 抗 性 强 于 对MEAM1 烟 粉 虱 的 抗 性 Cui et al 2017 也 报 道MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 比MED 烟 粉 虱 隐 种 能 够更好地操控甘蓝寄主营养物质含量和诱导防御响 应 与 本 研 究 结 果 一 致 而 关 于2 个 烟 粉 虱 隐 种 取 食 后 甘 蓝 抗 性 存 在 差 异 的 原 因 有 多 种 合 理 解 释 行 为 学 观 点 认 为 在 取 食 甘 蓝 时MEAM1 和MED 两 个 烟 粉 虱 隐 种 口 针 刺 探 行 为 的 差 异 使 得MED 烟 粉 虱 隐 种 更 易 与 芥 子 油 苷 黑 芥 子 酶 系 统 催 化 水 解 产 生的异硫氰酸酯 硫氰酸酯和腈类等有毒产物接触 进 而 导 致 甘 蓝 对 MED 烟 粉 虱 隐 种 抗 性 高 于 MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 Huetal 2020 代 谢 观 点 认 为MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 体 内 的 脱 硫 酯 酶 活 性 强 于 MED 烟 粉 虱 隐 种 能 将 甘 蓝 的 芥 子 油 苷 高 效 转 化 为 无 毒 的 产 物 Ren et al 2021 此 外 MEAM1 烟 粉 虱隐种能通过转葡萄糖基作用来代谢脂肪族和吲哚 族 芥 子 油 苷 降 低 其 被 黑 芥 子 酶 活 化 的 中 毒 风 险 Malkaetal 2020 MED 烟 粉 虱 隐 种 是 否 有 类 似 解 毒 机 制 以 及MEAM1 烟 粉 虱 隐 种 的 转 葡 萄 糖 基 作 用 是 否 强 于MED 烟 粉 虱 隐 种 还 需 进 一 步 研 究 相 反 Yangetal 2020 和Lietal 2021 研 究 结 果 表 明 甘 蓝 芥 子 油 苷 的 种 类 和 含 量 对 烟 粉 虱 的 取 食 和 产 卵 无 显 著 影 响 烟 粉 虱 的 取 食 和 产 卵 选 择 性 可 能 受不同基因型甘蓝
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