南方水稻黑条矮缩病毒引致介体昆虫温度耐受性变化的机理及效应

Southern rice black-streaked dwarf virus is transmitted by the long-distance migratory insect white-backed planthopper in a persistent, propagative manner. The vector insect is susceptible to both heat and cold stresses. However, we recently found that the virus infection alters significantly the extreme temperature tolerance patterns of its insect vector, i. e. the virus infection of planthopper significantly increased and decreased the inscet tolerance to high temperature (36℃) and low temperature (5℃), respectively, compared to the virus-free insects. This project sets to investigate the intriguing molecular mechanisms by which the virus modulates the extreme temperature tolerance of the insect vector. From the angle of virus-insect interaction, the effect of the virus on the planthopper temperature tolerance and the consequent impact on the disease occurrence will be evaluated by artificial tests and field investigations. Furthermore, the molecular mechanisms of the induced alteration of white-backed planthopper temperature tolerance will be dissected through the transcriptomics and metabonomics analysis in view of the combined virus and thermal or cold stresses. The reseach findings from this project will broaden our understanding on plant viral disease epidemiology and enrichen the knowledge of insect responses to environmental stress by co-operation with a virus.

南方水稻黑条矮缩病毒的发生表现为典型的大起大落、局地成灾的特点，有关其成因不明。该病毒经由迁飞性昆虫白背飞虱以持久增殖型方式传播，白背飞虱既不耐低温也不耐高温，因而温度在病害流行中起重要作用。前期研究发现带毒白背飞虱对极端低温（5℃）的耐受能力显著下降，而对极端高温（36℃）的耐受能力显著提高，这一发现为深入解析病害流行规律提供了新线索。本项目拟通过室内测定和田间调查，评价病毒对介体温度耐受性的影响以及这种影响在病害流行中的作用，从昆虫病毒的视角来解析植物病害流行特点；进一步地，以生物和环境复合胁迫的思路为指导，采用转录组学和代谢组学的方法，探索病毒导致介体昆虫温度耐受性变化的分子机理。该项目不仅可拓展植物虫传病毒病流行学研究视野，而且可丰富有关生物互作应答环境胁迫的基础认识。

南方水稻黑条矮缩病毒的发生表现为典型的大起大落、局地成灾的特点，有关其成因不明。该病毒经由迁飞性昆虫白背飞虱以持久增殖型方式传播，白背飞虱既不耐低温也不耐高温，因而温度在病害流行中起重要作用。该项目：1）采用室内模拟试验和野外田间调查相结合，明确了不同温度下SRBSDV对介体白背飞虱生命参数的影响及SRBSDV对白背飞虱极端温度耐受性的影响，发现SRBSDV导致传毒介体白背飞虱耐低温能力降低和耐高温能力提高，证实了华南不同纬度越冬代白背飞虱带毒率变化与病毒削弱飞虱低温耐受性密切相关。2）采用深度测序和LC/MS分析技术，测定了极端温度胁迫下无毒/带毒白背飞虱转录组及代谢组的变化，白背飞虱应答SRBSDV侵染的差异表达基因包括昆虫肠黏蛋白、细胞与体液免疫、RNA干扰、泛素化蛋白酶途径相关基因；应答温度胁迫的差异表达基因包括热激蛋白和海藻糖相关基因，其中热激蛋白基因在冷、热胁迫中分别有23和24、36和11个上调与下调表达，海藻糖相关基因分别有54和78、101和32个上调与下调表达。应答病毒侵染-温度复合胁迫的候选基因包括表皮蛋白基因、细胞色素P450等，这些基因在调节昆虫生长发育、繁殖及响应温度胁迫与病毒侵染过程中起着关键性作用。3）运用本项目研究成果指导病情测报，提高了病情测报的准确性。4）发表论文 5 篇，培养博士研究生2名、硕士研究生3名。