摘要
亚洲玉米螟（以下简称“玉米螟”），Ostriniafurnacalis(Guenée)，属鳞翅目草螟科，是玉米上的主要害虫，严重影响玉米产量。昆虫病原真菌作为生防菌是提高玉米对玉米螟的抗性和增加玉米产量的一种生态友好型的防治策略。研究昆虫病原真菌在玉米诱导抗性中的作用为玉米螟的综合防治提供了一个新思路。科学家也一直探索如何增强昆虫病原真菌菌株对植食性昆虫的致病力。本研究通过RNA测序和差异表达分析的方法，评估了球孢白僵菌Beauveriabassiana与棘孢木霉菌Trichodermaasperellum对玉米螟的协同毒力及玉米螟幼虫的免疫响应。首先通过体外致病性生物测定法，将球孢白僵菌OFDH1菌株、棘孢木霉菌GDFS1009菌株单独以及根据两者的LC50按照OFDH1-5∶GDFS1009=1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，2∶1，3∶1，4∶1的比例测定其对玉米螟的毒力，然后通过温室盆栽试验分析球孢白僵菌和棘孢木霉菌在种子包衣和土壤淋洗两种处理下的协同增效作用。本研究观察到球孢白僵菌（OFDH1-5菌株）和棘孢木霉菌（GDFS1009菌株）联合应用可提高玉米的叶绿素含量和抗氧化物含量，从而导致玉米螟幼虫的存活率下降。由于目前关于球孢白僵菌与棘孢木霉菌二者协同作用诱导植物触发的防御基因、生化酶和植物激素调控机制方面的研究较少，所以本研究在玉米心叶期和吐丝期，对球孢白僵菌、棘孢木霉菌单独以及二元组合种子包衣后的玉米叶片进行玉米螟取食诱导，并对诱导后的0、12、24、48和72小时的玉米叶片进行了转录组和非靶向代谢组联合分析，并利用WGCNA将这些模块与表型性状进行相关性分析来挖掘关键防御基因。 研究结果表明，玉米螟幼虫取食两种昆虫病原菌处理后的玉米植株，死亡率升高，植株被害率下降。在温室盆栽试验中发现，球孢白僵菌和棘孢木霉菌处理后的玉米植株通过提高自身脯氨酸、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和蛋白酶活性来增强防御反应。研究发现通过种子包衣处理，球孢白僵菌和棘孢木霉菌在玉米中的定殖率最高，说明种子包衣是两球孢白僵菌和棘孢木霉菌在玉米内生定殖最有效的方法。在取食含有球孢白僵菌和棘孢木霉菌人工饲料的玉米螟中肠中共鉴定出59个免疫相关的差异表达基因，包括细胞色素P450、热休克蛋白、ABC转运蛋白、钙粘蛋白、肽聚糖识别蛋白(PGRP)、角质层蛋白等。。 本研究在田间利用玉米种子包衣试验，分析了球孢白僵菌和木霉菌诱导玉米对玉米螟防御中的协同效应。利用UHPLC-QTOF-MS对玉米代谢物进行检测，共检测到了130个阴性和491个阳性代谢组学特征。在玉米心叶期，鉴定出了13个候选基因，分别为蛋白激酶基因(GRMZM2G025459)、酰基辅酶A脱氢酶(GRMZM5G864319)、硫氧还蛋白基因(GRMZM2G091481)、谷胱甘肽S-转移酶(GRMZM2G116273)、谷胱甘肽过氧化物酶(GRMZM2G144153)、类GDSL脂肪酶(AC212068.4_FG005)、防御蛋白基因(GRMZM2G392863)、蛋白酶抑制剂(GRMZM2G004466)、营养植物中类patatin磷脂酶基因(GRMZM2G154523)、几丁质酶基因(GRMZM2G453805)、β-葡萄糖苷酶18(GRMZM2G031660)和细胞色素p450基因(GRMZM2G139874)，这些基因均与JA-ET信号通路和抗氧化物具有高度相关性。WGCNA模块内显著性分析和RT-qPCR分析进一步证明这些基因是真正的候选基因。在玉米吐丝期，鉴定出了14个候选基因，分别为超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、蛋白酶和脯氨酸编码基因即超氧化物歧化酶铜、锌和锰(GRMZM2G124455，GRMZM2G169890，GRMZM2G025992，GRMZM2G106928)、过氧化物酶基因(GRMZM2G047968，GRMZM2G054300和GRMZM2G144153)、多酚氧化酶基因(GRMZM5G851266)、蛋白酶相关基因(GRMZM2G002756)、富脯氨酸延伸基因(GRMZM2G065214)以及PLP(GRMZM2G154523)、ω-3脂肪酸去饱和酶(GRMZM2G074401)、昆虫细胞壁降解几丁质酶基因(GRMZM2G453805)、蛋白酶抑制剂(GRMZM2G156632)。这些基因都参与了JA信号通路，说明其在玉米对玉米螟的防御反应中发挥了重要作用。此外，还发现球孢白僵菌和棘孢木霉菌联合应用会诱导玉米中的JA、SA和ET含量升高，OPDA含量在昆虫取食诱导24和72小时时也会显著升高。 结果表明，球孢白僵菌和棘孢木霉菌联合应用具有协同诱导玉米抑制玉米螟免疫应答的效应，并且通过激活相关防御酶来增加玉米诱导抗性，因此可作为诱导植物抗性的一种可持续性方法。球孢白僵菌和棘孢木霉菌联合使用可以通过增加防御相关化合物和基因的表达，在分子水平上增强植物的防御反应。我们认为植物对玉米螟的防御同时受到多个基因的调控。利用昆虫病原真菌或生防制剂的种子引发技术对植物的防御和生长具有积极意义，可广泛应用于促进植物生长和提高植物的抗虫性。球孢白僵菌OFDH1-5菌株与棘孢木霉菌GDFS1009菌株具有较强的协同作用，可持续增加玉米的抗氧化物和茉莉酸(JA和OPDA)调控的防御反应。此外，本研究不仅揭示了球孢白僵菌与棘孢木霉菌的种子引发的植物对生物胁迫条件的响应机理，也为在田间条件下利用种子引发效应促进植物生长和提高植物抗虫性奠定了基础。
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