唾液蛋白BtQ11666增强烟粉虱寄主适应性的机制

The salivary proteins of sucking insect play key roles in the relationships between insects and plants. The whitefly bemisia tabaci is a major agricultural pest worldwide, our previous studies have shown that a salivary protein BtQ11666 of B. tabaci secreted in plants can significant improve the survival and fecundity for B. tabaci, however the mechanism is not clear. Based on this scientific issue, this study intends to use the methods of gene cloning, RNAi and bioassays to study the effect of the salivary protein BtQ11666 in B. tabaci feeding, growth, reproduction and defense signaling molecule content and related gene transcription for defense response, and clarified the enhanced host adaptation mechanism for B. tabaci. The expected results will provide a basis to better understand the molecular mechanisms of whitefly-plant interactions, reveal the role of salivary proteins in host adaptation for B. tabaci, and establish the theoretical basis of B. tabaci management strategy.

刺吸式昆虫的唾液蛋白在昆虫与植物互作关系中发挥着关键性的作用。烟粉虱是世界性的重大农业害虫，申请者前期的研究发现一个烟粉虱取食时分泌到植物中的唾液蛋白BtQ11666能够显著促进烟粉虱的存活和产卵，然而其作用机制并不清楚。围绕这一关键科学问题，本项目拟采用基因克隆、RNAi和生测等方法，重点研究唾液蛋白BtQ11666对烟粉虱取食、生长发育和繁殖的影响，以及对植物防御反应信号分子、抗虫物质含量和防御反应相关基因转录的影响，从而明确唾液蛋白BtQ11666增强烟粉虱寄主适应性的机制。预期研究结果有助于深入了解烟粉虱与植物互作的分子机制，揭示唾液蛋白在烟粉虱寄主适应性中的作用，并为研究烟粉虱防治新策略提供理论依据。

刺吸式昆虫取食时分泌的唾液在昆虫与植物的互作中具有重要的作用。本项目利用已有的Q烟粉虱唾液腺转录组和基因组数据并结合刺吸式口器昆虫唾液蛋白的特征筛选到了一个可能的效应因子Bt11666，克隆了Bt11666基因并发现该基因编码的蛋白属于昆虫的铁蛋白（Ferritin）并具有结合和氧化Fe2+的能力，因此我们将Bt11666基因命名为BtFer1（GenBank: MF774484）。BtFer1基因在Q烟粉虱的唾液腺和中肠组织中高表达，并在Q烟粉虱的成虫期表达量较高。利用Western blot和荧光免疫定位方法并结合制备的多克隆抗体，我们证实了Q烟粉虱在取食番茄时将BtFer1蛋白随唾液分泌到了植物韧皮部组织。为进一步研究Q烟粉虱BtFer1基因的功能，利用基于dsRNA饲喂的方法沉默BtFer1基因能够显著降低Q烟粉虱的存活，利用昆虫刺探电位仪（EPG）还发现BtFer1基因沉默后显著增加了Q烟粉虱的非刺探时间和路径波时间，显著减少了Q烟粉虱韧皮部取食的时间，表明BtFer1基因有利于Q烟粉虱在韧皮部的取食。同时，BtFer1基因沉默后增加了Q烟粉虱取食番茄后胼胝质和蛋白酶抑制剂的生成，激活了番茄茉莉酸防御路径相关基因的表达量，从而削弱了Q烟粉虱的生物学特性。另外，我们将体外合成的BtFer1重组蛋白注入到番茄叶片中后发现BtFer1重组蛋白能够抑制番茄茉莉酸防御路径相关基因的表达量，进一步证实了BtFer1蛋白能够抑制番茄茉莉酸防御反应。为研究BtFer1蛋白抑制番茄茉莉酸防御反应对Q烟粉虱生物学的影响，我们利用野生型番茄和茉莉酸突变体型番茄为材料发现BtFer1基因沉默后能够显著降低Q烟粉虱在野生型番茄上的存活，而对茉莉酸突变体型番茄上的Q烟粉虱存活没有影响，因此证实了BtFer1蛋白抑制番茄茉莉酸防御反应能够显著增强Q烟粉虱的存活。综上所述，可以看出烟粉虱通过分泌唾液效应蛋白以逃避或抵御植物防御，帮助其顺利取食。本研究有助于深入了解烟粉虱与植物互作的分子机制，揭示唾液蛋白在烟粉虱寄主适应性中的作用，并为研究烟粉虱防治新策略提供理论依据。