本文關鍵詞：通過轉(zhuǎn)錄組解析煙粉虱Mediterranean隱種的唾腺、消化道和含菌細胞的生物功能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煙粉虱是一個至少包含36個隱種的物種,其中一些隱種能通過取食植物、傳播病毒以及引起植物真菌病害等方式對田間作物造成嚴重危害。Mediterranean (MED)煙粉虱是起源于地中海區(qū)域的煙粉虱隱種,目前已隨人類活動而傳播到世界多個地方。MED煙粉虱在我國大部分地區(qū)均有發(fā)生,并在某些區(qū)域取代了入侵隱種Middle East-Asia Minor1(MEAM1)成為當?shù)貎?yōu)勢種,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴重危害。以往研究表明,MED煙粉虱廣泛的寄主適應性和較高的抗藥性可能是它們廣泛擴散并取代其他隱種的原因。 由于唾腺、消化道和含菌細胞在昆蟲取食、營養(yǎng)利用上有著重要的作用,本研究即從昆蟲分子生理角度入手,運用轉(zhuǎn)錄組的方法研究了重要入侵生物MED煙粉虱這些重要器官的分子特征,試圖從分子層面揭示煙粉虱對植物營養(yǎng)利用、應對植物防御反應以及農(nóng)藥抗性的生理生化機制。通過測定煙粉虱唾腺、消化道和含菌細胞這3個與營養(yǎng)生理關系密切的器官轉(zhuǎn)錄組,利用分子生物學、生物信息學技術手段對數(shù)據(jù)進行驗證、分析,得出以下研究結(jié)果： (1)煙粉虱主唾腺的分子特征與潛在分泌蛋白 通過對煙粉虱主唾腺轉(zhuǎn)錄組的測序以及SOAPdenovo拼接,總共獲得了13,615個Unigenes,這些基因主要富集于與分泌及合成蛋白的功能相關的途徑基因類別中。與蟲體相比,在主唾腺中共有565個基因上調(diào),但只有74個具有功能注釋,而這注釋顯示,這些基因主要參與分泌蛋白的加工以及分泌,表明煙粉虱主唾腺是合成唾液成分以及控制唾液分泌的重要器官。 通過生物信息學的方法預測了煙粉虱潛在的唾液蛋白,一共得到了269個潛在分泌蛋白,其中只有28.3%具功能注釋。功能注釋顯示,煙粉虱唾腺中的潛在分泌蛋白參與了植物防御信號的調(diào)節(jié)以及韌皮部中有害物質(zhì)的降解或抑制。將煙粉虱唾腺潛在分泌蛋白與蚜蟲的分泌蛋白比對,發(fā)現(xiàn)只有17個與蚜蟲分泌蛋白具有同源性,而且所比對上的蛋白并不包含蚜蟲唾液中的效應因子,表明韌皮部取食昆蟲唾液蛋白具有種的特異性。 (2)煙粉虱消化道分子特征 通過對煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組的序列拼接,一共獲得了27,443個Unigenes。與蟲體相比,消化道的Unigenes主要富集于多個生物途徑中,其中富集顯著性最高的為對外源物質(zhì)的生物降解和代謝、對輔因子和維生素的代謝以及消化過程。 在煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)了5,771個在消化道特異表達的基因,而這些基因也主要富集于對外源物質(zhì)的生物降解代謝和消化過程中。對MED和MEAM1消化道基因的同源序列進行氨基酸相似度比較,并進行同義替換和非同義替換值的計算,最后得出解毒相關的途徑和酶類都相對保守,但是MED與MEAM1同源基因的氨基酸相似度卻比較低,這些酶類和途徑可能與這兩物種在寄主或環(huán)境適應性差異相關。 (3)煙粉虱含菌細胞轉(zhuǎn)錄組分析 在煙粉虱含菌細胞中,寄主表達了約5,010個基因,而這些基因所富集的途經(jīng)主要分為兩類,一類與代謝相關,另一類與應激反應相關。與代謝相關的富集途徑與共生菌缺失的基因所在的途徑呈互補的趨勢,可見寄主為共生菌提供它們不能產(chǎn)生的物質(zhì)。而寄主應激反應轉(zhuǎn)錄本的富集則有可能是來自于共生菌的壓力。 含菌細胞中表達上調(diào)的基因主要和氨基酸代謝轉(zhuǎn)運和應對外界壓力這兩類生命活動有關,這些基因可能參與給共生菌提供營養(yǎng)物質(zhì)、良好的棲息環(huán)境以及限制共生菌的活動范圍。另一方面,寄主也可以通過與共生菌的協(xié)作,獲取除了組氨酸和精氨酸以外的氨基酸物質(zhì),以彌補韌皮部的營養(yǎng)不均衡。 綜上所述,唾腺、消化道、含菌細胞在煙粉虱取食、應對植物防御反應以及解決韌皮部營養(yǎng)不平衡的問題中起著關鍵作用。本研究不僅為進一步揭示入侵煙粉虱—植物互作、煙粉虱—共生菌互作的生理機制提供新的啟示和分子數(shù)據(jù)支撐,也為通過基因調(diào)控防控煙粉虱危害提供了重要靶標。
【關鍵詞】：煙粉虱 轉(zhuǎn)錄組 唾腺 消化道 含菌細胞
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S433.89
【目錄】：

• 致謝6-10
• 摘要10-12
• abstract12-19
• 1 文獻綜述及本研究目的19-33
• 1.1 煙粉虱概述19-21
• 1.1.1 煙粉虱生物特性及分類狀況19
• 1.1.2 煙粉虱的為害歷史及現(xiàn)狀19-20
• 1.1.3 煙粉虱的危害方式20-21
• 1.2 煙粉虱的解剖結(jié)構(gòu)21-23
• 1.2.1 唾腺21-22
• 1.2.2 消化道22-23
• 1.2.3 含菌體23
• 1.3 取食韌皮部汁液昆蟲的營養(yǎng)相關器官在昆蟲適應性上的作用23-28
• 1.3.1 唾腺23-26
• 1.3.1.1 膠狀唾液23-24
• 1.3.1.2 水狀唾液24-26
• 1.3.2 消化道26-27
• 1.3.3 含菌體27-28
• 1.4 轉(zhuǎn)錄組學在煙粉虱器官功能研究的必要性和可行性28-29
• 1.5 本研究目的與主要內(nèi)容29-33
• 1.5.1 研究目的29-30
• 1.5.2 研究內(nèi)容30-33
• 2 基本材料和方法33-43
• 2.1 基本材料33-35
• 2.1.1 供試昆蟲及其實驗種群維持33
• 2.1.2 主要儀器和設備33-35
• 2.1.2.1 煙粉虱飼養(yǎng)與轉(zhuǎn)移工具33
• 2.1.2.2 煙粉虱解剖和器官收集工具33-34
• 2.1.2.3 分子生物學研究主要儀器設備34
• 2.1.2.4 實驗中所使用的相關軟件34-35
• 2.2 試驗方法35-40
• 2.2.1 煙粉虱DNA提取35
• 2.2.2 鑒定煙粉虱隱種35-36
• 2.2.3 煙粉虱器官或組織的解剖與儲存36
• 2.2.4 煙粉虱蟲體的總RNA的提取36-37
• 2.2.5 煙粉虱器官或組織的RNA提取37-38
• 2.2.6 cDNA文庫的構(gòu)建及測序38-39
• 2.2.7 RNA反轉(zhuǎn)錄cDNA39-40
• 2.2.8 實時熒光定量PCR40
• 2.3 數(shù)據(jù)處理與分析40-43
• 2.3.1 實時熒光定量PCR數(shù)據(jù)分析40
• 2.3.2 SOAPdenovo拼接40
• 2.3.3 Trinity拼接40-41
• 2.3.4 對Trinity拼接后的轉(zhuǎn)錄本進行聚類41
• 2.3.5 確定序列方向和編碼區(qū)域41-42
• 2.3.6 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋42
• 2.3.7 GO和KEGG富集分析42
• 2.3.8 轉(zhuǎn)錄組的非冗余序列表達量的計算42-43
• 3 煙粉虱唾腺的轉(zhuǎn)錄組分析43-74
• 3.1 材料與方法43-47
• 3.1.1 試驗材料44
• 3.1.2 試驗方法44-45
• 3.1.2.1 煙粉虱唾腺細胞核的熒光定位44
• 3.1.2.2 煙粉虱唾腺的解剖收集44
• 3.1.2.3 煙粉虱唾腺與蟲體的RNA提取44
• 3.1.2.4 唾腺cDNA文庫的構(gòu)建及測序44
• 3.1.2.5 用于qPCR的唾腺和蟲體的cDNA獲取44
• 3.1.2.6 參照基因的選取和引物設計44-45
• 3.1.2.7 qPCR的實驗流程45
• 3.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析45-47
• 3.1.3.1 唾腺轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的拼接45
• 3.1.3.2 唾腺轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋45
• 3.1.3.3 基因類別和通路的富集分析45
• 3.1.3.4 唾腺和蟲體基因表達量的比較45-46
• 3.1.3.5 估計參照基因的表達穩(wěn)定性46
• 3.1.3.6 潛在分泌蛋白預測46
• 3.1.3.7 在唾腺轉(zhuǎn)錄中找出與蚜蟲編碼唾液蛋白或潛在唾液蛋白同源的序列46-47
• 3.2 結(jié)果47-50
• 3.2.1 煙粉虱唾腺形態(tài)特征47
• 3.2.2 煙粉虱主唾腺轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)概況47
• 3.2.3 煙粉虱主唾腺轉(zhuǎn)錄組注釋和分類47
• 3.2.4 煙粉虱主唾腺轉(zhuǎn)錄組中富集的途徑和基因類別47-48
• 3.2.5 基因在煙粉虱蟲體和主唾腺中的表達差異48
• 3.2.6 選擇適合的參照基因以及對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的驗證48-49
• 3.2.7 煙粉虱主唾腺中的潛在分泌蛋白49
• 3.2.8 與蚜蟲唾液蛋白同源的煙粉虱潛在唾液蛋白49-50
• 3.3 討論50-74
• 3.3.1 煙粉虱唾液的基因分類及富集類別和通路50-51
• 3.3.2 與蟲體相比在煙粉虱主唾腺中差異表達的基因51-53
• 3.3.3 主唾腺的潛在分泌蛋白及其功能推測53-74
• 4 煙粉虱消化道的轉(zhuǎn)錄組分析74-98
• 4.1 材料與方法74-76
• 4.1.1 試驗材料74
• 4.1.2 試驗方法74-75
• 4.1.2.1 煙粉虱消化道的解剖收集74
• 4.1.2.2 煙粉虱消化道RNA提取74-75
• 4.1.2.3 煙粉虱消化道cDNA文庫的構(gòu)建及測序75
• 4.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析75-76
• 4.1.3.1 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的拼接75
• 4.1.3.2 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋75
• 4.1.3.3 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組基因類別和通路的富集分析75
• 4.1.3.4 消化道中特異表達基因的篩選75
• 4.1.3.5 消化道中特異表達基因富集通路分析75-76
• 4.1.3.6 MED與MEAM1消化道同源基因的篩選76
• 4.1.3.7 MED和MEAM1同源基因?qū)νx替換和非同義替換76
• 4.2 結(jié)果76-80
• 4.2.1 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)概況76
• 4.2.2 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組注釋和分類76-77
• 4.2.3 煙粉虱消化道轉(zhuǎn)錄組中基因的富集類別和途徑77-78
• 4.2.4 與蟲體相比在消化道中特異表達的基因的分類78-79
• 4.2.5 MED消化道特異表達蛋白序列與MEAM1消化道相關序列的相似度79
• 4.2.6 MED消化道特異表達基因與MEAM1消化道相關基因的同義替換與非同替換分析79-80
• 4.3 討論80-98
• 4.3.1 煙粉虱消化道的主要功能80-98
• 4.3.1.1 消化與吸收功能80-81
• 4.3.1.2 煙粉虱消化道的解毒功能81-82
• 4.3.1.3 煙粉虱消化道中特異表達基因在隱種表型差異中的作用82-98
• 5 煙粉虱含菌細胞的轉(zhuǎn)錄組分析98-120
• 5.1 材料與方法99-101
• 5.1.1 試驗材料99
• 5.1.2 試驗方法99
• 5.1.2.1 煙粉虱含菌細胞的解剖收集99
• 5.1.2.2 煙粉虱含菌細胞與蟲體的RNA提取99
• 5.1.2.3 煙粉虱含菌細胞cDNA文庫的構(gòu)建及測序99
• 5.1.2.4 用于qPCR的煙粉虱含菌細胞和蟲體的cDNA獲取99
• 5.1.2.5 驗證基因的引物設計99
• 5.1.2.6 qPCR的實驗流程99
• 5.1.3 數(shù)據(jù)處理與分析99-101
• 5.1.3.1 煙粉虱含菌細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的拼接99-100
• 5.1.3.2 煙粉虱含菌細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)注釋100
• 5.1.3.3 煙粉虱含菌細胞轉(zhuǎn)錄組基因類別和通路的富集分析100
• 5.1.3.4 煙粉虱含菌細胞和蟲體基因表達量的比較100
• 5.1.3.5 含菌細胞中特異表達基因的篩選100-101
• 5.1.3.6 含菌細胞中高表達和差異表達基因富集通路分析101
• 5.2 結(jié)果101-104
• 5.2.1 煙粉虱含菌細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)概況101
• 5.2.2 功能注釋101-102
• 5.2.3 含菌細胞所表達基因的GO和KEGG富集情況分析102
• 5.2.4 相對于蟲體在含菌細胞中上調(diào)的基因102-103
• 5.2.5 上調(diào)基因的分類103-104
• 5.3 討論104-120
• 5.3.1 煙粉虱含菌細胞富集途徑與寄主—共生菌互作的關系104-105
• 5.3.2 煙粉虱含菌細胞上調(diào)基因在寄主—共生菌互作中的作用105-120
• 5.3.2.1 寄主對氨基酸的供給與獲取105-107
• 5.3.2.2 含菌細胞中的防御反應107-120
• 6 總討論120-127
• 6.1 煙粉虱唾腺與食料獲取120-121
• 6.2 煙粉虱消化道參與植物營養(yǎng)的過濾與利用121-122
• 6.3 含菌細胞對韌皮部汁液營養(yǎng)不足的補充122-123
• 6.4 本研究的特色與創(chuàng)新之處123
• 6.5 研究中存在的問題123-124
• 6.6 值得繼續(xù)研究的問題124-127
• 參考文獻127-152
• 作者經(jīng)歷15

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 Gane Ka-Shu Wong;;KaKs_Calculator:Calculating Ka and Ks Through Model Selection and Model Averaging[J];Genomics Proteomics & Bioinformatics;2006年04期

2 徐文華;左文惠;王瑞明;劉標;金中時;;煙粉虱種群在江蘇沿海城市市區(qū)的寄主分布與蟲源性質(zhì)[J];華東昆蟲學報;2007年03期

3 ;Invasive mechanism and management strategy of Bemisia tabaci(Gennadius) biotype B:Progress report of 973 Program on invasive alien species in China[J];Science in China(Series C:Life Sciences);2009年01期

4 羅晨,姚遠,王戎疆,閻鳳鳴,胡敦孝,張芝利;利用mtDNA COⅠ基因序列鑒定我國煙粉虱的生物型[J];昆蟲學報;2002年06期

5 Muhammad Z.AHMED;沈媛;金桂華;任順祥;杜予州;邱寶利;;華東、華南和西南地區(qū)煙粉虱的種群及寄主分化(英文)[J];昆蟲學報;2009年10期

6 陳連根;煙粉虱在園林植物上為害及其形態(tài)變異[J];上海農(nóng)學院學報;1997年03期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 徐婧;浙江外來煙粉虱入侵過程及不同生物型煙粉虱生物學特性的比較研究[D];浙江大學;2009年

  本文關鍵詞：通過轉(zhuǎn)錄組解析煙粉虱Mediterranean隱種的唾腺、消化道和含菌細胞的生物功能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：313154