虫害诱导水稻挥发物对二化螟产卵的影响

作     者：刘畅 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蔡万伦;李云河

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 090401[农学-植物病理学] 

主      题：二化螟 虫害诱导水稻挥发物 产卵行为 转录组 16s扩增子 微生物群落 

摘      要：水稻害虫二化螟Chilo suppressalis(Walker)广泛分布于中国、日本等多个亚欧大陆国家,严重威胁水稻生产。我国二化螟主要发生在长江流域及其以南的水稻产区,以幼虫钻蛀稻茎为害。长期以来,我国二化螟的防治以化学防治为主,如何绿色高效地遏制二化螟种群数量并减少其带来的水稻产量损失是水稻生产中的棘手问题。本研究在发现二化螟驱避剂2-庚醇和α-雪松烯对二化螟雌蛾产卵分别有抑制和促进作用的基础上,从昆虫生理发育相关基因表达以及肠道菌群等方面,探索两种挥发物对二化螟雌蛾生殖的潜在影响机制,为开发基于产卵调控的二化螟绿色防控技术提供参考。主要研究结果如下:1.通过实验室试验研究了不同浓度2-庚醇和α-雪松烯对二化螟雌虫产卵量的影响。结果显示,2-庚醇在0.1μg/μl和1μg/μl浓度下对二化螟雌蛾的产卵量均有抑制作用,且在0.1μg/μl浓度下对雌蛾的产卵量抑制效果最显著(P0.01);然而,α-雪松烯在10μg/μl浓度下对二化螟雌蛾的产卵量有显著的促进作用(P0.01)。2.通过测定暴露于两种挥发物的二化螟卵巢卵黄原蛋白Vg与保幼激素(JH)的早期响应基因Kr-h1的实时表达动态。结果显示,α-雪松烯暴露处理后的雌蛾卵巢中Kr-h1基因的表达水平显著高于正己烷对照组(P0.01),脂肪体Kr-h1基因表达水平显著高于2-庚醇处理组(P0.01);两种挥发物暴露处理后,雌蛾卵巢Vg基因在短期内表达量显著降低,但36 h时与正己烷对照组无显著差异,脂肪体内Vg基因表达水平分别在24h和36h显著下调,其他时间点与对照组无显著差异。3.高通量转录组测序结果显示,α-雪松烯暴露处理12 h与36 h均引起了二化螟雌蛾生殖相关通路基因的显著上调,且基因验证实验也证实这一结果,而且结果还显示昆虫抗逆性、激素前体、解毒酶等途径的关键基因也显著上调表达;2-庚醇暴露处理12 h后二化螟雌蛾免疫刺激相关通路基因显著上调,特别在细菌引起的免疫通路上变化明显,解毒酶相关基因显著上调表达,而蛋白质泛素化关键基因却显著下调表达。4.基于转录组测序结果,我们进一步研究了2-庚醇暴露处理二化螟雌虫中肠微生物群落的变化动态。16S扩增子测序结果显示,2-庚醇暴露处理12 h时后,二化螟雌蛾中肠微生物群落丰度显著降低,其中红球菌属与泛菌属两种微生物的相对丰度也显著低于其他暴露处理,两种微生物是否参与调控二化螟产卵有待进一步深入研究。综上所述,α-雪松烯暴露处理引起二化螟雌蛾生殖相关通路的上调,并且显著提高生殖相关基因Vg和保幼激素通路相关基因Kr-h1表达量,可能是促进雌蛾产卵的潜在机制。而2-庚醇暴露处理初期引起雌蛾免疫刺激相关通路的上调,在后期造成蛋白泛素化功能相关基因下调表达,并且雌蛾体内免疫菌群丰度的降低,这可能是引起雌蛾产卵量降低的原因之一,但两种水稻挥发物对二化螟雌蛾产卵影响的分子机制有待进一步深入研究。