华山松大小蠹和共生真菌细胞色素P450代谢寄主萜烯类物质的协同机制

We focus on the major forest pest, Chinese white pine beetle, and its’ symbiotic fungus, Leptographium qinlingensis, in Qinling and Bashan mountain of China, for understanding the cooperation of bark beetles and fungi in overcoming the host chemical defense. Transformation of Chinese white pine terpenoid by L. qinlingensis, molecular mechanism of L. qinlingensis cytochrome P450 genes in the terpenoids detoxication, as well as the cooperation of bark beetles and fungi cytochrome P450 genes in the host terpenoids transformation, were studied with molecular biology, functional genomics and chemical ecology techniques. With the discovery of cytochrome P450 genes mechanism in overcoming the chemical resistance of host, we will be better for understanding the host selection and disaster mechanism of Dendroctonus armandi. Furthermore, the cooperation of D. armandi and L. qinlingensis in overcoming the host resistant is significant for revealing the relationship among bark beetles, symbiotic fungi and host conifer, and their coevolution.

本研究以我国秦岭巴山林区持续发生的重大森林害虫华山松大小蠹及其共生真菌——秦岭细粘束孢为研究对象，针对小蠹虫与共生真菌在入侵寄主过程中克服寄主针叶树自身化学防御物质的协同机制尚不明确的研究现状；利用分子生物学、功能基因组学和化学生态学相关研究技术，研究秦岭细粘束孢对寄主华山松萜类物质的分解转化作用，秦岭细粘束孢细胞色素P450基因参与萜类物质代谢的分子机制，以及华山松大小蠹和共生真菌P450基因在萜类物质代谢中的协同机制；揭示细胞色素P450基因在华山松大小蠹和共生真菌克服寄主抗性的作用机制，为进一步揭示华山松大小蠹寄主选择、持续发生的成灾机理，特别是华山松大小蠹和共生真菌协同抵御寄主抗性的重大理论问题奠定基础，同时对进一步揭示小蠹虫、共生真菌和寄主针叶树三者相互关系和协同进化有着重要意义。

秦岭细粘束孢（Leptographium qinlingensis）作为华山松木材蓝变的重要病原菌，与华山松大小蠹（Dendroctonus armandi）共同侵染华山松（Pinus armandi），使得寄主树势衰弱，对我国秦岭地区的华山松造成重大的经济损失。细胞色素P450酶作为代谢异源生物质的重要酶系，是华山松大小蠹和共生真菌应对寄主树木产生的萜类物质毒害的关键代谢酶，在华山松大小蠹及其共生真菌协同寄主树木方面具有十分重要的作用。本研究从生理学和分子生物学层面，重点关注秦岭细粘束孢对寄主华山松萜类物质的耐受性和代谢机制，旨在揭示秦岭细粘束孢协助华山松大小蠹对抗机制萜类物质的分子机制，取得的主要结果如下：.（1）华山松树脂主要萜类物质（单萜类：Limonene、3-Carene、β-Pinene、α-Pinene，二萜类：松香酸、脱氢枞酸、海松酸、异海松酸）在一定程度上能够抑制秦岭细粘束孢的孢子萌发和菌丝生长，同时又能够刺激秦岭细粘束孢产生更多的分生孢子。.（2）生长在含有单萜/二萜混合物的麦芽糖培养基和华山松木屑培养基上的菌株与正常培养菌株的多种抗氧化酶、单加氧酶、脱氢酶和转运蛋白表达水平的显著变化，秦岭细粘束孢不同家族 P450 基因转录水平与华山松萜类物质代谢关系密切。.（3）华山松大小蠹三大解毒酶均对华山松萜类物质处理产生不同程度的响应，尤其是细胞色素P450酶的表达响应呈现明显的功能多样性，是华山松大小蠹应对寄主复杂的化学防御物质的分子基础。.综上所述，萜类物质是寄主华山松的主要化学防御物质，可诱导华山松大小蠹和秦岭细粘束孢P450基因表达；不同的萜类物质在寄主华山松抵抗真菌入侵过程中的作用不同，而华山松大小蠹和秦岭细粘束孢通过调控不同的细胞色素P450酶的表达水平，协同应对寄主华山松产生的不同萜类物质，达到共同入侵的目的。.