不同苹果主栽品种对苹果绵蚜抗性差异机制

Planting insect-resistant cultivars is an important measure for the sustainable management of agricultural pests, and the large-scale application of resistant varieties provides a powerful guarantee for the effective management of insect pests. Preliminary study found that Red Fuji as a main apple variety is highly sensitive to aphids, and Starkrimson is of high resistance to aphids. Based on previous research, the project focuses on the resistance mechanism of different main apple cultivars to Eriosoma lanigerum from the perspective of traditional biology combined with modern molecular biology to expound the aphid-sensitive mechanism of main cultivated varieties like Red Fuji. First the study determines the differences of E. lanigerum in developmental biology and reproductive biology on the main cultivars of Red Fuji and Starkrimson apple, and EPG response differences of E. lanigerum feeding on resistant and susceptible varieties, to clear the biological and behavioral mechanisms of E. lanigerum damaging on different apple varieties; then it further studies the gene expression profiling and protein expression profiling of apple varieties with high susceptibility and high resistance infested by E. lanigerum, so as to clear and check the aphid-resistant candidate genes and elucidate the molecular mechanism of Red Fuji’s high susceptibility to E. lanigerum. The findings will be of theoretical and practical significance for the application of molecular assisted breeding and the improvement of Red Fuji cultivar through the transgenic technology to achieve the sustainable control of the spread and damage of E. lanigerum.

种植抗虫品种是农业害虫可持续治理的一项重要措施，抗性品种的大规模应用为害虫有效治理提供有力保障。前期研究发现苹果主栽品种红富士是苹果绵蚜的高感品种，而新红星为高抗品种。为了明确新红星抗苹果绵蚜机制，阐明红富士品种高感苹果绵蚜机理，本项目在前期研究的基础上，应用传统生物学与现代分子生物学相结合方法研究不同苹果品种对苹果绵蚜的抗性差异机制。首先测定苹果绵蚜在红富士、新红星等主栽品种上的发育生物学和生殖生物学差异，研究苹果绵蚜取食抗性与感性品种的EPG反应差异，明确苹果绵蚜对不同苹果品种致害性差异的生物学机理和行为学机理；然后进一步研究分析高感、高抗苹果品种被苹果绵蚜为害前后的基因表达谱和蛋白质表达谱差异，明确并检测抗蚜候选基因，阐明主栽品种红富士对苹果绵蚜高度敏感性的分子机理。研究结果对于应用分子辅助育种，通过转基因技术改良红富士品种，持续控制苹果绵蚜扩散蔓延具有重要的理论和实践意义。

小国光和新红星苹果是红富士的母本和父本（芽变），它们均是目前生产中主栽苹果品种，特别红富士苹果是果园中的主要栽培品种，占全国苹果产量的60-70%。前期研究发现苹果主栽品种红富士田间被苹果绵蚜为害株率是新红星、小国光的2倍，苹果绵蚜发生数量是新红星、小国光的5倍，因此红富士是苹果绵蚜的高感品种，而新红星、小国光为抗性品种。种植抗虫品种是农业害虫可持续治理的一项重要措施，抗性品种的大规模应用能够为害虫有效治理提供有力保障。为了明确新红星、小国光抗苹果绵蚜机制，阐明红富士品种高感苹果绵蚜机理，本项目在前期研究的基础上，应用传统生物学与现代分子生物学相结合方法研究不同苹果品种对苹果绵蚜的抗性差异机制。生物学研究发现在25℃条件下小国光上的苹果绵蚜净生殖率（73.7±10.1）显著低于红富士（127.3±13.3）、新红星（118.8±11.4）、乔纳金（103.0±18.5）上的苹果绵蚜净生殖率，红富士上的苹果绵蚜平均世代周期最短（16.1±0.8d），显著低于乔纳金（19.9±0.6d），红富士品种上的苹果绵蚜内禀增长率和周限增长率均最高，显著高于新红星、小国光、乔纳金；应用EPG技术，发现苹果绵蚜取食红富士时，E1 波（分泌唾液）时间显著低于新红星、小国光和乔纳金，而E2 波（被动取食）时间显著高于新红星、小国光和乔纳金；通过组学研究阐明了新红星对苹果绵蚜为害的抗性响应机制是次生代谢和碳水化合物代谢上调，小国光对苹果绵蚜为害的抗性响应机制是含氮化合物相关基因上调，红富士被苹果绵蚜为害之后，含氮化合物和次生代谢均降低，而核酸代谢显著上调。茉莉酸代谢通路在苹果树抗蚜过程中起重要作用，在茉莉酸合成过程中，筛选到对苹果绵蚜为害产生响应的12–氧–植物二烯酸还原酶（OPR）家族基因2个，属于OPRⅡ亚类，qRT-PCR验证结果与转录组数据相符，可能参与茉莉酸的生物合成，起到抗蚜作用。本项目阐明了主栽品种红富士对苹果绵蚜高度敏感性以及抗性品种抗蚜机制，研究结果对于应用分子辅助育种，通过转基因技术改良红富士品种，持续控制苹果绵蚜扩散蔓延具有重要的理论和实践意义。