GOX抑制家蠶取食誘導(dǎo)的桑葉JA信號防御.pdf

1、對于昆蟲和病原菌的危害,植物在進(jìn)化過程中形成了兩種防御機(jī)制,一種是原本就存在的組成型防御機(jī)制(Constitutivedefences);另一種是由昆蟲和病原菌誘導(dǎo)產(chǎn)生的誘導(dǎo)型防御機(jī)制(Induceddefences),其在植物自我保護(hù)中發(fā)揮著更重要的作用。面對植食性昆蟲的取食,植物并不是完全被動地接受,它們會采取直接或間接的的防御反應(yīng),以減少或抑制昆蟲對自身乃至群體的傷害。誘導(dǎo)防御機(jī)制,也隨植食性昆蟲而選擇進(jìn)化,會針對不同的實(shí)際對象而

2、選擇最佳的防御機(jī)制。
　　 在誘導(dǎo)植物產(chǎn)生誘導(dǎo)性抗性過程中,植物激素水楊酸(salicylicacid,SA)和茉莉酸(jasmonicacid,JA)起到重要作用,它們介導(dǎo)植物防御兩大信號途徑。SA信號途徑主要在植物對病原菌的過敏反應(yīng)和系統(tǒng)獲得抗性中起作用,還可能參與了刺吸式昆蟲取食誘導(dǎo)的植物間接防御反應(yīng);JA信號途徑主要在機(jī)械損傷、真菌性病原菌和蟲害誘導(dǎo)的直接和間接防御反應(yīng)中起作用。兩個(gè)信號途徑關(guān)系復(fù)雜,并且與其他防御途徑交

3、錯(cuò)在一起,給植物對病蟲害產(chǎn)生多種防御機(jī)制提供了可能,在植物對昆蟲進(jìn)行防御的同時(shí),昆蟲也會對植物的防御進(jìn)行抑制或加以利用,比如一些昆蟲能夠截獲JA或SA信號,提前增加體內(nèi)解毒酶活性,以此來削弱或抵消植物產(chǎn)生的次生物質(zhì)的防御,兩個(gè)防御信號途徑以及它們的相互作用調(diào)節(jié)著昆蟲與植物之間的互作。
　　 昆蟲幼蟲的口腔分泌物或者反吐液包含的一些化學(xué)成分,可能會被植物識別并引發(fā)對草食性昆蟲防御反應(yīng),但這些成分同時(shí)也可以被昆蟲利用來抑制寄主植物的

4、防御。葡萄糖氧化酶(glucoseoxidase,GOX)是經(jīng)過鑒定的幼蟲唾液中抑制植物防衛(wèi)反應(yīng)的一種成分,近些年研究表明它可以抑制植物的直接防御和間接防御,比如它可以抑制植物表面的昆蟲病原體和植物體內(nèi)胰蛋白酶抑制素水平,可以抑制植物體內(nèi)與間接防御相關(guān)基因的表達(dá)及氧化酶活性,還可以抑制植物被昆蟲取食所誘導(dǎo)的煙堿的增加。近年來也有報(bào)道指出昆蟲會利用植物防御兩個(gè)信號途徑間的關(guān)系來抑制植物的防御,比如甜菜粘蟲(Spodopteraexigua

5、)、斜紋夜蛾(Spodopteralitura)和銀葉粉虱(Bemisiaargentifolii)都可以通過GOX激活SA信號途徑,從而干擾植物JA介導(dǎo)的防御反應(yīng)。共同點(diǎn)是,所報(bào)道的這些昆蟲都是廣食性昆蟲。據(jù)目前的研究,還沒有發(fā)現(xiàn)專食性昆蟲或寡食性昆蟲可以利用GOX誘導(dǎo)植物SA物質(zhì)來抑制植物的防御,關(guān)于家蠶,這方面的研究還是空白。
　　 本研究利用家蠶的活體取食及模擬取食實(shí)驗(yàn)、酶聯(lián)免疫和高效液相色譜、實(shí)時(shí)熒光定量RT-PCR、

6、激素的添食、絲腺組織體外培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn),研究了家蠶取食和絲腺提取液、反吐液對桑葉SA、JA含量的影響,家蠶BmGOX基因的時(shí)期和組織表達(dá)情況以及植物激素SA、JA對其表達(dá)的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)家蠶取食桑葉后可以快速地誘導(dǎo)桑葉中JA介導(dǎo)的信號防御,同時(shí)引起桑葉內(nèi)SA含量下降。而家蠶通過分泌的GOX誘導(dǎo)桑葉內(nèi)SA含量的增加而顯著抑制桑葉對家蠶的JA信號防御,家蠶和桑樹的互作啟動了SA和JA兩大防御途徑,并且GOX也發(fā)揮

7、了作用。另外,受損葉片的防御反應(yīng)通過信號物質(zhì)傳遞給未受傷植株,從而誘導(dǎo)了系統(tǒng)性的群體防御反應(yīng),并且群體防御的強(qiáng)度大于受損傷的葉片。
　　 (2)桑葉中被誘導(dǎo)產(chǎn)生的二次防御強(qiáng)度的大小可能與GOX活性大小有關(guān)。被取食1天之后桑葉會發(fā)起二次防御,其強(qiáng)度極顯著強(qiáng)于第一次,處理液的GOX活性越大,桑葉在受損1天之內(nèi)受到的抑制就越強(qiáng),其在3天時(shí)發(fā)生的二次防御也越強(qiáng)烈。這些結(jié)果暗示桑樹可以根據(jù)受到抑制作用的大小,調(diào)整自己的防御。
　　

8、 (3)家蠶BmGOX基因在五齡幼蟲期高量表達(dá),并且在絲腺組織中高量表達(dá),很可能在取食或反吐的時(shí)候可以通過吐絲器排出體外。
　　 (4)本研究中寡食性昆蟲家蠶取食桑葉,通過GOX引發(fā)桑葉中SA信號物質(zhì)的大量增加來抑制JA信號途徑的防御,不同于先前報(bào)道中所指出的“廣食性昆蟲激活SA信號途徑來干擾植物JA介導(dǎo)的防御,而專食性昆蟲誘導(dǎo)JA物質(zhì)以削弱植物防御”的理論。因此昆蟲是否由GOX引發(fā)植物SA的增加從而抑制植物的JA信號防御不是取

9、決于昆蟲的食性,可能關(guān)鍵在于分泌的GOX活性的高低。
　　 本研究同時(shí)雙向地研究桑葉對家蠶的防御和家蠶對桑葉防御的抑制,較客觀地展現(xiàn)了桑葉和家蠶間的互作過程。研究發(fā)現(xiàn)寡食性昆蟲家蠶取食桑葉誘導(dǎo)其JA信號防御,不同于以往人們發(fā)現(xiàn)的廣食性昆蟲如此,而專食性昆蟲以FAC誘導(dǎo)JA增加來抑制植物防御的結(jié)果。另外,我們研究發(fā)現(xiàn),桑葉利用茉莉酸類物質(zhì)發(fā)起對家蠶的二次防御,并且這個(gè)二次防御的強(qiáng)度可能與GOX活性大小有關(guān),但具體關(guān)系和規(guī)律還有待研