烟粉虱与棉花互作的分子机理研究

Whitefly (Bemisia tabaci) B and Q types cause extensive crop damage throughout the world by feeding directly cotton phloem sap and also by vectoring many viruses, which is the major insect on cotton production nowadays. Transgenic BT cotton did not show any toxicity to whitefly and then people are seeking help from transgenic plants expressing lectin genes. However, this strategy does not work well in cotton. So, it is highly necessary to find out the new molecular mechanism and insect-resistant genes involving in cotton /whitefly interaction. In this proposal, we will evaluate the transcriptome change between whitefly-sensitive and whitefly-tolerant cotton germplasm after attack from the herbivore. The analysis of signal pathway for basic defense response of cotton plants and the tolerance mechanism of whitefly for the toxic metabolisms producing in cotton plants will be used extensively. Based on the bioinformatics analysis of the transcriptome from both cotton plants and whiteflies, several whitefly-resistant relative genes in cotton genome and toxic metabolisms tolerance /digestion genes in whitefly genome will be indentified. These genes will be used as candidate insect resistant genes for transgenic cotton plants, which will bring new hope and strategy for protect cotton from attack by whitefly as well as other phloem-feeding pests.

烟粉虱是典型的刺吸性口器害虫，能够大量取食棉花韧皮部汁液，同时作为媒介传播双生病毒，是目前危害棉花生产的主要害虫之一。转基因bt棉花无法抵御烟粉虱的侵害。植物凝集素基因被认为是控制烟粉虱有效候选基因，但在棉花中抗虫效果不明显。因此发掘新的抗烟粉虱分子机制及其相关基因具有重要的理论和实践价值。本项目将从不同棉花材料对烟粉虱耐受性差异的分子机制及互作出发，选用对烟粉虱耐受性有明显差异的棉花材料为研究对象，系统地研究了不同品种棉花对烟粉虱胁迫后转录组的变化，同时检测烟粉虱取食前后转录组变化，从分子水平揭示棉花感虫/抗虫的分子机理，同时挖掘烟粉虱自身消化，适应棉花次生代谢产物毒害的相关机制。通过生物信息学分析，挖掘重要抗虫信号路径相关基因及烟粉虱自身必需发育，解毒相关基因。超表达植物抗性基因或者RNAi烟粉虱生存必需的基因，获得转基因抗虫棉花材料，为今后的棉花转基因抗虫品种选育提供新的策略。

烟粉虱是典型的刺吸性口器害虫，目前世界上有超过35种的烟粉虱生物型被鉴定出来，它们通过大量取食棉花韧皮部汁液，同时作为媒介传播双生病毒，是目前危害棉花生产的主要害虫之一。本课题从全国各地收集不同的棉花材料550份，经过温室和田间接虫试验，整合不同棉花材料对烟粉虱耐受性差异，最终选出对烟粉虱耐受性有明显差异的棉花材料42份；并以此棉花材料为研究对象,考察棉花在烟粉虱类刺吸式口器害虫侵害下的自身抗虫机制。对所筛选棉花材料的形态学性状如表皮毛长度、表皮毛密度和腺体密度，以及生化指标棉酚含量等与Q型烟粉虱成虫危害数量和虫害侵染后期的虫卵密度进行相关数据的统计分析。.实验研究揭示出不同棉花材料在抵制Q型烟粉虱侵染时的抗虫机制表现如下：（1）缺刻较大的棉花鸡脚叶叶型能够减少Q型烟粉虱虫害的发生；（2）低棉酚水平下，叶片表皮毛密度，表皮毛长度与烟粉虱虫卵密度存在明显的正相关关系，表明表皮毛能够影响烟粉虱虫害的发生；（3）叶片表现为光叶的棉花材料不仅能够减少成虫的发生，还可以降低虫卵的附着；（4）光叶条件下，棉酚含量和腺体密度与烟粉虱成虫数量分别存在明显的负相关关系，表明棉酚和腺体在棉花抗虫的过程中也起到了积极作用；（5）叶片背面的腺体在植物与虫害的互作过程中扮演了重要的角色，进一步证明除棉酚外的一些在腺体内合成或储存的次生代谢物能帮助植物抵制病虫害的侵染。通过以上我们对棉花材料抗虫机制的鉴定和分析，确定一批稳定表达的棉花抗虫材料，为棉花抗虫育种提供一定的理论基础。.以两个极端抗、感烟粉虱的材料做为研究对象，利用转录组，蛋白质组、代谢组等多种组学研究手段，鉴定出大量抗虫候选相关基因。这些基因将作为后期研究棉花与害虫互作分子机制的重要靶标基因。目前我们利用高通量基因组编辑(CRISPR-Cas 9) 技术，对600个棉花自身的核心抗虫候选（害虫胁迫响应相关）基因进行了敲除，为今后的基因功能研究和育种实践奠定了良好基础。