山新杨(Populus davidiana×P.alba var.pyramidalis Louche，PdPap)系黑龙江省防护林研究所1966年为培育适应干旱寒冷的自然条件以山杨为母本，新疆杨为父本经人工杂交选育而成的杨树品种，山新杨因树干通直、色白光滑，树冠狭窄，树姿美丽，在我国北方作为防护、用材和园林绿化首选树种，但由于我国的山新杨多为人工纯林，伴随着大规模集约种植，单一树种引起的虫害问题日益严重。 美国白蛾（Hyphantria cunea），属鳞翅目灯蛾科，是危害林木、果树、花卉及农作物的重要食叶害虫。此虫原产于北美洲，1979年，经辽宁丹东市传入我国之后，迅速入侵多省市地区，已经对我国造成了重大的经济损失和严重的生态危害。目前国内外针对美国白蛾的防治方法主要有监测检疫、物理防治、化学农药、生物防治等。但以上方法的有效性均有待提升，因此，利用杨树个体的抗虫性和植株自身的结构、化学物质、基因等因素的研究越来越受到大家的重视，诱导抗性的研究应运而生。 基于诱导抗性机制的树木保护方法研究仍处于初级阶段，其应用也少。本试验将人工模拟美国白蛾取食（机械损伤）和美国白蛾取食山新杨分别进行6、12、24和48h处理，进行转录组测序，利用转录组对机械损伤和美国白蛾取食山新杨诱导抗性的潜在机制进行分析，以及对山新杨的氧化应激反应、蛋白酶抑制剂和植物激素相关指标和基因表达情况进行分析，旨在揭示美国白蛾取食山新杨后诱导抗性的分子机理，为后续利用杨树个体的抗虫性和植株自身的结构、化学物质、基因等因素生产更生态更抗虫的树种奠定了基础。主要研究结果如下: (1)美国白蛾取食对山新杨转录表达模式的影响。通过对27个样品的转录组测序，共获得212.3Gb Clean Data。本次分析共检测到表达基因共36041个，其中已知基因34669个，新基因1372个;表达转录本共86339个，其中已知转录本61388个，新转录本24951个，差异基因10470个。GO和KEGG Pathway分析发现这些基因主要参与细胞响应、化学刺激、营养物质消化与吸收、糖和氨基酸的代谢、氧化应激、次生代谢物的调节、激素调节等过程。 (2)美国白蛾取食对山新杨防御酶的影响。基于转录组数据分析，我们获得了大量与防御酶相关的差异基因，其中与氧化应激相关的差异基因66个。进一步的研发现，机械损伤和美国白蛾取食均能使山新杨体内产生大量的ROS，H2O2和MDA，同时SOD、PRO和PPO等多种防御相关酶的含量及相关mRNA表达量也发生显著的升高。 (3)美国白蛾取食对山新杨蛋白酶抑制剂的影响。基于转录组数据分析，我们获得了64个与蛋白酶抑制剂相关的差异基因，这些差异基因在GO富集分析中，主要富集在lipid binding、regulation of proteolysis、negative regulation of hydrolase activity、regulation of cellular protein metabolic process、regulation of protein metabolic process等通路上。进一步对蛋白酶抑制剂的含量和相关基因的表达量检测发现，机械损伤和美国白蛾取食均能使山新杨体内的蛋白酶抑制剂及相关mRNA表达量发生显著的变化。 (4)美国白蛾取食对山新杨植物激素的影响。基于转录组数据分析发现，在机械损伤处理后共得到了63个植物激素相关的差异基因，其中茉莉酸通路上的注释的有29个，水杨酸通路上注释的有20个;美国白蛾取食后总共筛选到124个植物激素相关的差异基因，其中茉莉酸通路相关的有41个，水杨酸通路相关的有29个。进一步对JA和SA的含量及相关基因的表达量检测发现，两种不同的处理均能使山新杨体内的JA和SA含量及相关的mRNA表达量发生显著的变化，特别是美国白蛾取食诱导的更加显著。 上述结果表明，美国白蛾的取食和机械损伤均能使山新杨体内产生更多的ROS，从而诱导了山新杨的防御反应，山新杨的植物激素信号转导（特别是JA和SA信号通路）、防御相关酶、蛋白酶抑制剂等通路积极响应，并且美国白蛾取食较机械损伤处理诱导的更加显著。
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