本文關鍵詞：蝗蟲微孢子調(diào)控飛蝗白化和腸道微生物群落的分子機制　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：聚集的蝗蝻和成蝗是農(nóng)作物的主要威脅。研究發(fā)現(xiàn),蝗蟲微孢子不僅可以調(diào)控飛蝗種群中亞致死狀態(tài)飛蝗的行為,也可以促使飛蝗型態(tài)變化,使其從群居型向散居型轉(zhuǎn)變,從而有效控制蝗災的暴發(fā)。本文利用CCD成像系統(tǒng)和ImageJ軟件對感染蝗蟲微孢子的飛蝗前胸背板的灰度和斑點面積進行觀察和統(tǒng)計分析；采用生化分析和qRT-PCR等技術分別比較了病蟲和健蟲真黑色素的含量以及與黑色素合成相關的關鍵基因的表達量；通過轉(zhuǎn)錄組分析了淺色和黑色型飛蝗中與黑色素合成相關的基因差異;利用高通量測序技術鑒定并分析了蝗蟲微孢子對飛蝗后腸細菌群落結(jié)構(gòu)的影響及其分子機理。主要研究結(jié)果如下：1.飛蝗感染蝗蟲微孢子病原后,體色有明顯白化趨勢,在濃度2×104孢子/蟲的微孢子侵染3齡蝗蟲8天后,試驗種群中的黑色型飛蝗比例顯著減少,淺色型飛蝗數(shù)量顯著增多,且感染蝗蟲微孢子(2×105孢子/蟲)16天后,飛蝗胸部和腹部體壁中真黑色素含量分別降低75.85%和63.05%。感染蝗蟲微孢子的飛蝗亦可使同一環(huán)境中飼養(yǎng)的健康飛蝗的體色變淺。感染微孢子后飛蝗體壁的黑色素合成前體多巴胺的含量因酚氧化酶活性降低而明顯減少,而且參與多巴胺合成的henna和pale基因表達量分別下調(diào)76.61%和35.25%。2.接種蝗蟲微孢子后發(fā)現(xiàn),淺色型飛蝗的死亡率高于黑色型飛蝗。進一步的試驗表明,淺色型飛蝗酚氧化酶活性顯著低于黑色型,而黑色型飛蝗免疫血淋巴細胞數(shù)量顯著高于淺色型。淺色型飛蝗絲氨酸蛋白酶抑制劑基因(serpin)上調(diào)明顯,不僅促進飛蝗白化,而且導致飛蝗免疫能力下降。感染蝗蟲微孢子16天后淺色型飛蝗后腸定殖的蝗蟲微孢子數(shù)量顯著高于黑色型,達3.68倍。3.對群居的淺色和黑色型飛蝗轉(zhuǎn)錄組比較分析后,共獲得差異表達基因120個。通過蛋白BLAST,我們共得到4個絲氨酸蛋白酶基因,分別為LOCMI02805、LOCMI07234、LOCMI15039和LOCMI08944,并且均屬于下調(diào)基因(以黑色型飛蝗作為對照)。差異基因的GO富集分析中最顯著三個GO均屬于分子功能(Molecular Function),其中基因絕大多數(shù)與體壁結(jié)構(gòu)組成相關,說明黑白兩表型的體壁形成過程存在較大差異,且主要集中在體壁蛋白結(jié)構(gòu)方面。差異基因的KEGG富集通路主要涉及糖類物質(zhì)代謝和免疫途徑。過氧化酶體通路和P450解毒通路中的兩個基因LOCMI09257和LOCMI16988分別發(fā)生了上調(diào)和下調(diào),會導致過氧化物減少和P450通路解毒能力下降,為白化的飛蝗免疫力下降提供了證據(jù)。4.利用高通量測序技術鑒定并分析了飛蝗后腸細菌群落的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)蝗蟲微孢子可以降低飛蝗后腸細菌群落的豐富度和多樣性。健康飛蝗(實驗室種群)后腸中鑒定到41個OTU(Operational Taxonomic Units),但是在病蟲體內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)23個�；认x微孢子(2×104孢子/蟲)侵染飛蝗8天和16天后飛蝗后腸的過氧化物酶活性降低,但是超氧化物歧化酶的活性沒有發(fā)生顯著變化；飛蝗后腸對蝗蟲微孢子的免疫反應開始于接種后第4天,且蝗蟲后腸的過氧化物酶(peroxidase) mRNA表達量降低,抗菌肽基因(attacin)mRNA的表達量升高。研究基本明確了蝗蟲微孢子對飛蝗的白化作用及其分子機理：同時發(fā)現(xiàn)群居淺色型飛蝗的免疫能力要顯著低于黑色型飛蝗,主要與其免疫血淋巴細胞及酶基因的差異有關,轉(zhuǎn)錄組分析也發(fā)現(xiàn)了與體色和免疫相關的差異表達基因；蝗蟲微孢子促使飛蝗種群中的淺色型數(shù)量增多,有利于其在飛蝗種群中的傳播和流行；感染蝗蟲微孢子病原后,參與飛蝗型變的腸道細菌群落的豐富度和多樣性明顯下降,這與影響微生物生長發(fā)育的過氧化物酶和抗菌肽基因的表達量變化有關。研究結(jié)果為進一步開展微孢子調(diào)控飛蝗型變機理的深入研究提供了數(shù)據(jù)和依據(jù)。
【學位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S433.2

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