通過轉錄組解析煙粉虱Mediterranean隱種的唾腺、消化道和含菌細胞的生物功能.pdf

1、煙粉虱是一個至少包含36個隱種的物種，其中一些隱種能通過取食植物、傳播病毒以及引起植物真菌病害等方式對田間作物造成嚴重危害。Mediterranean(MED)煙粉虱是起源于地中海區(qū)域的煙粉虱隱種，目前已隨人類活動而傳播到世界多個地方。MED煙粉虱在我國大部分地區(qū)均有發(fā)生，并在某些區(qū)域取代了入侵隱種Middle East-Asia Minor1(MEAM1)成為當?shù)貎?yōu)勢種，對農業(yè)生產造成嚴重危害。以往研究表明，MED煙粉虱廣泛的寄主適應

2、性和較高的抗藥性可能是它們廣泛擴散并取代其他隱種的原因。
　　由于唾腺、消化道和含菌細胞在昆蟲取食、營養(yǎng)利用上有著重要的作用，本研究即從昆蟲分子生理角度入手，運用轉錄組的方法研究了重要入侵生物MED煙粉虱這些重要器官的分子特征，試圖從分子層面揭示煙粉虱對植物營養(yǎng)利用、應對植物防御反應以及農藥抗性的生理生化機制。通過測定煙粉虱唾腺、消化道和含菌細胞這3個與營養(yǎng)生理關系密切的器官轉錄組，利用分子生物學、生物信息學技術手段對數(shù)據進行驗證

3、、分析，得出以下研究結果:
　　(1)煙粉虱主唾腺的分子特征與潛在分泌蛋白
　　通過對煙粉虱主唾腺轉錄組的測序以及SOAPdenovo拼接，總共獲得了13,615個Unigenes，這些基因主要富集于與分泌及合成蛋白的功能相關的途徑基因類別中。與蟲體相比，在主唾腺中共有565個基因上調，但只有74個具有功能注釋，而這注釋顯示，這些基因主要參與分泌蛋白的加工以及分泌，表明煙粉虱主唾腺是合成唾液成分以及控制唾液分泌的重要器官。<

4、br>　　通過生物信息學的方法預測了煙粉虱潛在的唾液蛋白，一共得到了269個潛在分泌蛋白，其中只有28.3％具功能注釋。功能注釋顯示，煙粉虱唾腺中的潛在分泌蛋白參與了植物防御信號的調節(jié)以及韌皮部中有害物質的降解或抑制。將煙粉虱唾腺潛在分泌蛋白與蚜蟲的分泌蛋白比對，發(fā)現(xiàn)只有17個與蚜蟲分泌蛋白具有同源性，而且所比對上的蛋白并不包含蚜蟲唾液中的效應因子，表明韌皮部取食昆蟲唾液蛋白具有種的特異性。
　　(2)煙粉虱消化道分子特征

5、　　通過對煙粉虱消化道轉錄組的序列拼接，一共獲得了27，443個Unigenes。與蟲體相比，消化道的Unigenes主要富集于多個生物途徑中，其中富集顯著性最高的為對外源物質的生物降解和代謝、對輔因子和維生素的代謝以及消化過程。
　　在煙粉虱消化道轉錄組中發(fā)現(xiàn)了5，771個在消化道特異表達的基因，而這些基因也主要富集于對外源物質的生物降解代謝和消化過程中。對MED和MEAM1消化道基因的同源序列進行氨基酸相似度比較，并進行同義替

6、換和非同義替換值的計算，最后得出解毒相關的途徑和酶類都相對保守，但是MED與MEAM1同源基因的氨基酸相似度卻比較低，這些酶類和途徑可能與這兩物種在寄主或環(huán)境適應性差異相關。
　　(3)煙粉虱含菌細胞轉錄組分析
　　在煙粉虱含菌細胞中，寄主表達了約5，010個基因，而這些基因所富集的途經主要分為兩類，一類與代謝相關，另一類與應激反應相關。與代謝相關的富集途徑與共生菌缺失的基因所在的途徑呈互補的趨勢，可見寄主為共生菌提供它們不

7、能產生的物質。而寄主應激反應轉錄本的富集則有可能是來自于共生菌的壓力。
　　含菌細胞中表達上調的基因主要和氨基酸代謝轉運和應對外界壓力這兩類生命活動有關，這些基因可能參與給共生菌提供營養(yǎng)物質、良好的棲息環(huán)境以及限制共生菌的活動范圍。另一方面，寄主也可以通過與共生菌的協(xié)作，獲取除了組氨酸和精氨酸以外的氨基酸物質，以彌補韌皮部的營養(yǎng)不均衡。
　　綜上所述，唾腺、消化道、含菌細胞在煙粉虱取食、應對植物防御反應以及解決韌皮部營養(yǎng)不平