摘要
在植物与植食性昆虫长期的进化过程中，双方形成了一系列的防御与反防御策略。植物如何抵御昆虫取食及昆虫如何适应宿主的抗虫代谢产物，以及如何在农业生产中合理利用植物与昆虫两者之间的关系而保护农作物，一直是国内外科技工作者研究的热点之一。玉米（Zea mays L.）是重要的粮食作物、饲料和工业原料，自2009年以来，玉米种植面积已经超过稻谷和小麦，成为我国第一大粮食作物，但在种植过程中一直受到各种有害昆虫的侵害，其中，蚜虫是最重要的玉米害虫之一。蚜虫能对玉米全株造成极大损害，通过吸食韧皮部汁液导致玉米机械损伤和植株营养流失进而造成玉米产量降低，同时可能传播病毒。芥子油苷广泛分布于十字花科植物中，是目前研究最清楚的次生代谢产物之一，斜纹夜蛾作为世界性分布的广食性害虫，严重危害十字花科农作物。因此，开展玉米抵御蚜虫和斜纹夜蛾适应芥子油苷的研究，对探讨植物防御和昆虫反防御机制以及农业害虫防控等具有重要的理论和现实意义。 转录组学是近年来迅速发展的一个应用广泛的新学科。通过转录组学研究，能够获得生物体在受到某种环境因子影响后大量基因表达水平的变化，为了解生物适应环境的分子机理提供了重要基础。本论文通过使用激素分析、生物测定、酶活测定、转录组学等方法，对玉米自交系B73和Mo17响应禾谷缢管蚜取食，以及斜纹夜蛾取食野生型拟南芥和芥子油苷缺失的拟南芥突变体的不同生理进行了分析，揭示了玉米抵御蚜虫和斜纹夜蛾适应宿主芥子油苷的的分子机理，也为农业上虫害控制提供了一定的理论基础。主要研究成果如下: 1.B73和Mo17响应禾谷缢管蚜取食的转录组学研究 玉米具有丰富多样的遗传变异资源，为发掘抗虫基因资源和研究玉米抗虫机制提供了基础。本研究从代谢组水平和转录组水平分别探讨了感蚜品种B73和抗蚜品种Mo17对禾谷缢管蚜（Rhopalosiphum padi）取食的响应。代谢组分析发现Mo17中丁布类物质的含量高于B73，而禾谷缢管蚜取食对B73和Mo17中丁布类物质含量没有影响。差异表达基因的分析发现，B73和Mo17在响应禾谷缢管蚜取食时，存在巨大差异，即具有各自的特异性，并且这两个品种即使在没有禾谷缢管蚜取食的情况下也存在大量差异表达的基因;转录因子分析鉴定的4个转录因子有可能是Mo17中丁布类物质含量高的原因。与之类似的是，全基因组差异剪切基因分析发现B73和Mo17在响应禾谷缢管蚜取食时均具有时间特异性，并且在未被禾谷缢管蚜取食、禾谷缢管蚜取食6h和24 h这三种情况下，两个品种在基因可变剪切水平的调控存在较大差异;并且在以上三种情况下有340个基因（其中包含10个转录因子）均发生差异可变剪切。本研究为进一步探讨玉米和蚜虫之间互作机制提供了大量基础数据，并突出揭示了不同玉米品种抵御蚜虫取食的表型差异。 2.斜纹夜蛾适应宿主芥子油苷的分子机理研究 本研究分别从酶活测定（羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶和P450s）和转录组水平，探讨了斜纹夜蛾适应宿主拟南芥中的吲哚族芥子油苷和脂肪族芥子油苷的分子机理。通过生物测定发现，与生长在野生型拟南芥的斜纹夜蛾（Spodopteralitura）相比，生长在脂肪族芥子油苷缺失（myb28 myb29）的拟南芥突变体上的斜纹夜蛾体重明显增加，而在吲哚族芥子油苷缺失的突变体（myb34 myb51myb122）上生长的斜纹夜蛾体重没有差异，说明斜纹夜蛾对两种芥子油苷的适应机制有差异，进一步对酶活力数据分析发现，羧酸酯酶、谷胱甘肽-S-转移酶可能参与斜纹夜蛾适应脂肪族芥子油苷和吲哚族芥子油苷，而P450s可能对斜纹夜蛾适应芥子油苷起到抑制作用;转录组数据分析发现，斜纹夜蛾响应两种芥子油苷的差异表达基因以及基因GO注释都存在巨大差异，而且发现TRINITY_DN58566_c3_g2基因和TRINITY_DN106583_c31_g18基因可能分别特异地调控斜纹夜蛾对脂肪族芥子油苷和吲哚族芥子油苷的适应，为斜纹夜蛾虫害的控制提供了靶标基因。
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