荻草谷网蚜唾液蛋白效应子的鉴定与功能分析

【作者】 付裕； 张勇； 王倩； 刘欢； 刘晓蓓； 陈巨莲；

【机构】 植物病虫害生物学国家重点实验室中国农业科学院植物保护研究所；

【摘要】 荻草谷网蚜Sitobion miscanthi (在我国一直被误称为麦长管蚜Sitobion avenae)是我国小麦上的重要害虫,严重威胁小麦的产量与质量。蚜虫属于韧皮部取食的刺吸式害虫,唾液通过蚜虫口针深入植物组织,引发刺吸式昆虫与寄主植物特有的以"zig-zag"模型为主的复杂互作关系。因此,唾液蛋白效应子的鉴定是解析蚜虫与植物互作模式的重要突破口。多种唾液蛋白效应子已从桃蚜、豌豆蚜等模式昆虫中被成功鉴定,但关于小麦蚜虫尤其是荻草谷网蚜唾液蛋白效应子相关研究仍较少。本研究根据前期获取的荻草谷网蚜唾液腺转录组数据,以在唾液腺中高表达的基因Sm10、SmC002、SmGST1和SmCSP2为潜在效应子,利用细菌三型分泌系统(T3SS)将潜在效应子在小麦叶片中瞬时表达,并检测其对小麦防御反应及蚜虫适应性的影响以筛选可调节植物防御的效应子。研究结果表明,Sm10、SmC002、SmGST1和SmCSP2渗透注射的小麦叶片没有明显的黄化和坏死,过氧化氢积累不明显。苯胺蓝染色结果表明,Sm10与SmC002过表达后小麦叶片中胼胝质的积累与对照相比显著降低,而SmGST1、SmCSP2渗透注射的小麦叶片胼胝质数目显著增加;荧光定量PCR及植物激素含量检测结果表明Sm10、SmC002、SmGST1和SmCSP2过表达后,水杨酸(SA)信号途径中相关防御基因表达量显著上升,且叶片中SA含量显著增加。蚜虫适应性结果表明,取食Sm10和SmC002叶片后荻草谷网蚜的存活率和产蚜量与对照相比显著上升,而与此相反,SmGST1和SmCSP2则导致蚜虫的存活率和产蚜量显著降低。本研究利用T3SS瞬时表达系统建立了麦蚜唾液蛋白效应子快速鉴定方法,并成功鉴定了4个可诱导或抑制小麦防御的效应子,为后续研究其调控蚜虫-小麦互作关系中功能奠定了基础。更多还原