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Feeding of pea leafminer larvae simultaneously activates jasmonic and salicylic acid pathways in plants to release a terpenoid for indirect defense

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Insect Science 2021年第3期28卷 811-824页

作者： Jun-Nan Yang Jia-Ning Wei Le Kang State Key Laboratory of Integrated Management of Pest Insects and Rodents Institute of ZoologyChinese Academy of SciencesBeijingChina CAS Center for Excellence in Biotic Interactions University of Chinese Academy of SciencesBeijingChina

The pea leafminer,Liriomyza huidobrensis,is an important pest species affecting ornamental crops worldwide.Plant damage consists of oviposition and feeding punctures created by female adult flies as well as larva-bored mines in leaf mesophyll tissues.How plants indirectly defend themselves from these two types of leafminer damage has not been sufficiently investigated.In this study,we compared the indirect defense responses of bean plants infested by either female adults or larvae.Puncturing of leaves by adults released green leaf volatiles and terpenoids,while larval feeding caused plants to additionally emit methyl salicylate and(E,E)-4,8,12-trimethyl-1,3,7,11-tridecatetraene(tmtt).Puncturing of plants by female adults induced increases in jasmonic acid(JA)and JA-related gene expressions but reduced the expressions of salicylic acid(SA)-related genes.In contrast,JA and SA and their-related gene expression levels were increased significantly by larval feeding.The exogenous application of JA+SA significantly triggered tmtt emission,thereby significantly inducing the orientation behavior of parasitoids.Our study has confirmed that larval feeding can trigger tmtt emission through the activation of both JA and SA pathways to attract parasitoids;however,tmtt alone is less attractive than the complete blend of volatiles released by infested plants.

关键词： jasmonic acid Liriomyza huidobrensis parasitoids salicylic acid tmtt

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莲草直胸跳甲识别tmtt和古巴烯气味受体的功能研究

莲草直胸跳甲识别TMTT和古巴烯气味受体的功能研究

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作者：皇甫鸿雁山西农业大学

学位级别：硕士

莲草直胸跳甲Agasicles hygrophila是控制外来入侵杂草喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides最有效的专食性天敌昆虫,其主要利用寄主植物喜旱莲子草与非寄主植物挥发物的特异性比例来寻找、定位寄主植物,嗅觉在莲草直胸跳甲识别喜旱... 详细信息

莲草直胸跳甲Agasicles hygrophila是控制外来入侵杂草喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides最有效的专食性天敌昆虫,其主要利用寄主植物喜旱莲子草与非寄主植物挥发物的特异性比例来寻找、定位寄主植物,嗅觉在莲草直胸跳甲识别喜旱莲子草的过程中起到至关重要的作用。而在昆虫嗅觉识别的整个过程中,气味受体(odorant receptor,OR)所介导的气味分子与嗅觉神经元的特异性结合是昆虫嗅觉识别的基础。因此,研究莲草直胸跳甲气味受体基因的功能,对阐明其在莲草直胸跳甲嗅觉识别过程中的作用,进一步阐释植物与昆虫的关系,安全治理喜旱莲子草具有重要意义。本研究基于莲草直胸跳甲触角转录组鉴定出的62个OR基因,筛选出两个候选OR基因并对其进行克隆、表达和功能鉴定,获得的主要结果如下:对候选基因的筛选结果显示62个OR基因均在三龄幼虫中表达量最低,21个基因在雌雄虫中差异表达,其中7个基因在雌虫中的表达量高于雄虫,14个基因在雄虫中表达量高于雌虫。在雌雄虫差异表达的基因中,雌虫中表达量最高的为AhygOR17,雄虫中表达量最高的为AhygOR12。行为选择试验显示,tmtt、古巴烯、β-石竹烯、DMNT、反-β-罗勒烯这五种挥发物对莲草直胸跳甲起吸引作用,作用效果为雌虫>雄虫>三龄幼虫;顺-3-己烯醇对莲草直胸跳甲起趋避作用,作用效果为雄虫>雌虫>三龄幼虫。因此,综合定量与行为学试验结果选出AhygOR12与AhygOR17两个基因作为识别寄主植物挥发物的候选基因。克隆得到AhygOR12与AhygOR17完整开放阅读框,分别为1158 bp和1164 bp,编码385和387个氨基酸。AhygOR12与AhygOR17均属于碱性蛋白,表现为疏水性,不具有信号肽,其中AhygOR12存在28个磷酸化位点和3个糖基化位点,AhygOR17存在33个磷酸化位点和2个糖基化位点;与其他物种的进化分析表明与AhygOR12和AhygOR17聚为一支的多为叶甲科昆虫,且二者都与叶甲科中的黄曲条跳甲Phyllotreta striolata的序列相似度最高,达46%以上。时空表达谱显示在莲草直胸跳甲不同发育阶段AhygOR12的表达量依次为成虫、卵、三龄幼虫、二龄幼虫、蛹;AhygOR17的表达量依次为成虫、三龄幼虫、卵、蛹、二龄幼虫。在莲草直胸跳甲不同组织,AhygOR12在雌虫中的表达量依次为触角、翅、胸、头、足、腹;在雄虫中的表达量依次为触角、头、胸、翅、足、腹。AhygOR17在雌虫中的表达量依次为触角、胸、腹、头、足、翅;在雄虫中的表达量依次为触角、足、翅、头、胸、腹。AhygOR12与AhygOR17都在雌、雌成虫触角中高度表达,其中AhygOR12在雄虫触角中表达量更高,AhygOR17在雌虫触角中表达量更高。RNAi结果显示,注射ds RNA 2 d后,莲草直胸跳甲AhygOR12与AhygOR17表达量显著降低,干扰效率最高。干扰AhygOR12与AhygOR17后的莲草直胸跳甲雌虫对tmtt的反应均显著降低,此外,干扰AhygOR17后的莲草直胸跳甲雌虫对古巴烯的反应也显著降低。表明AhygOR12在莲草直胸跳甲雌虫中参与了对寄主植物种挥发物tmtt的识别;AhygOR17在莲草直胸跳甲雌虫中参与了对tmtt和古巴烯的识别。

关键词：莲草直胸跳甲寄主挥发物气味受体 tmtt 古巴烯 RNA干扰

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植物挥发物tmtt对褐飞虱产卵的抑制作用及机理初探

植物挥发物TMTT对褐飞虱产卵的抑制作用及机理初探

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作者：贾茜茜中国农业科学院

学位级别：硕士

褐飞虱Nilaparvata lugens(St(?)l)是我国水稻产区的重要害虫之一,长期以来主要依赖化学防治,导致害虫抗药性和农药环境污染问题频发。为促进我国褐飞虱的绿色防控和水稻生产的可持续发展,开发植物源化合物用于褐飞虱防控已成为当前研... 详细信息

褐飞虱Nilaparvata lugens(St(?)l)是我国水稻产区的重要害虫之一,长期以来主要依赖化学防治,导致害虫抗药性和农药环境污染问题频发。为促进我国褐飞虱的绿色防控和水稻生产的可持续发展,开发植物源化合物用于褐飞虱防控已成为当前研究的热点。(3E,7E)-4,8,12-三甲基十三-1,3,7,11-四烯(tmtt)是一种二化螟危害诱导水稻释放的一种挥发物,本研究初步发现暴露于tmtt后,褐飞虱的产卵量显著降低,为了开发褐飞虱产卵调控剂,进一步开展了温室和田间罩笼试验,明确了tmtt抑制褐飞虱产卵的现象,同时探索了tmtt抑制褐飞虱产卵的分子机制,得到的结果如下:(1)温室和田间罩笼试验均显示,相对于暴露于正己烷的褐飞虱,暴露于tmtt的褐飞虱产卵量显著下降,这说明tmtt对褐飞虱产卵具有一定的抑制作用。利用超景深三维显示系统观测了不同暴露处理的褐飞虱卵巢发育情况,结果发现,与正己烷暴露处理的褐飞虱相比,tmtt暴露处理的褐飞虱卵巢发育延迟、卵黄蛋白沉积少、成熟卵巢小管长度减少了23.3%。(2)为了进一步揭示tmtt抑制褐飞虱产卵的分子机制,利用q PCR分析比较了正己烷和tmtt暴露处理的褐飞虱全虫和卵巢组织的Vg、Kr-h1和Vg R表达量。发现tmtt暴露处理的褐飞虱卵巢组织中Vg和Vg R的表达量均显著低于正己烷暴露处理,tmtt暴露处理的褐飞虱全虫Kr-h1的表达量显著低于正己烷暴露处理,我们推测tmtt可能通过调控保幼激素信号通路影响褐飞虱产卵。(3)使用转录组高通量测序的方法分析tmtt和正己烷暴露处理的褐飞虱转录组的变化,结果共筛选到了不同时期共计49个差异表达基因(DEGs),通过序列比对注释了其中32个蛋白的功能,发现这些蛋白主要与防御解毒、卵巢发育和取食功能相关。然后从候选基因中筛选了10个可能与卵巢发育相关的基因,进行了q PCR验证,结果表明,有8个m RNA转录物的表达量趋势与高通量测序结果一致,表明测序结果相对可靠。综上,我们发现tmtt暴露处理后褐飞虱的卵黄原蛋白沉积减少、成熟卵巢小管长度变短、Vg、Vg R和Kr-h1基因显著下调,这可能是导致褐飞虱产卵量降低的原因,转录组测序结果显示tmtt暴露处理还会改变褐飞虱SMU1、HSP70、CYP450 4g15、ABC、TMC3和Fcp3C-1等相关基因的表达量。本研究希望通过揭示tmtt抑制褐飞虱的产卵分子机制,提高对昆虫繁殖的理解,本研究结果对制定新的害虫防控策略具有借鉴意义。

关键词：虫害诱导挥发物褐飞虱 tmtt 卵巢发育卵黄原蛋白Vg

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萜烯同系物DMNT和tmtt的研究进展

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植物保护学报 2018年第5期45卷 946-953页

作者：李威林拥军周菲华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室湖北武汉430070

近年来,学者对植物挥发性物质在功能和合成代谢方面的关注度越来越高。许多植物在被害虫侵袭后能够产生一些挥发性化学物质,而这些化学物质可以趋避害虫或吸引害虫天敌以达到间接防治害虫的目的。其中,(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯((E)-... 详细信息

近年来,学者对植物挥发性物质在功能和合成代谢方面的关注度越来越高。许多植物在被害虫侵袭后能够产生一些挥发性化学物质,而这些化学物质可以趋避害虫或吸引害虫天敌以达到间接防治害虫的目的。其中,(E)-4,8-二甲基-1,3,7-壬三烯((E)-3,8-dimethyl-1,4,7-nonatriene,DMNT)和(E,E)-4,8,12-三甲基-1,3,7,11-十三碳四烯((E,E)-4,8,12-trimethyltrideca-1,3,7,11-tetraene,tmtt)在高等植物中广泛存在。这2种物质能够在植物受植食性昆虫侵害后诱导产生,并起到吸引相应的害虫天敌前来从而达到控制害虫的作用。同时,它们还具有吸引授粉昆虫、诱导邻近植物防御反应和趋避害虫等功能。本文主要从这2种物质的发现、生态学功能、生物合成、研究展望与应用前景等方面进行探讨,综述近年来植物中DMNT和tmtt的研究进展。

关键词：挥发性化学物质趋避害虫害虫天敌 DMNT tmtt

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