密度诱导的氧化胁迫反应在粘虫抗白僵菌中的作用

Density-dependent prophylaxis (DDP) is a research hotspot in immunological ecology in recent years. The density induced immune defense is considered as the main reason for its enhanced disease resistance. As a stressor, high population density can modulate Reactive Oxygen Species (ROS) production and induce oxidative stress response thereafter. However, this process involving DDP remains unclear. Aimed to reveal the mechanism of DDP, we focused on the biochemistry and molecular aspects of Mythimna separata, an important insect pest of crops in China. We will conduct the followed research, measure the activities and/or contents of antioxidant compositions before and after infected by Beauveria bassiana under low and high M. separata densities; identify and cloned the full-length cDNA sequences of antioxidant-related genes by RT-PCR and RACE；analyze their mRNA expression patterns in different densities and tissues by qRT-PCR; finally, verify their functions and roles in DDP in M. separata by RNAi. These outcomes will illustrate the roles of oxidative stress response in density induced resistance against B. bassiana in M. separata. Meanwhile, this research will also enrich the theory of DDP in insects.

密度依赖的抗病性是近年来免疫生态学领域研究的一个热点。目前普遍认为密度诱导的免疫防御是其抗病性增强的主要原因。密度作为一种胁迫因子，可调节昆虫体内ROS的产生，从而诱导氧化胁迫反应，但这一过程是否参与密度诱导的抗病性还不清楚。为此，本项目拟以重大的粮食作物害虫粘虫为研究对象，以种群密度和白僵菌为胁迫因子，综合运用昆虫生理生化和分子生物学的研究方法，探索密度诱导的氧化胁迫反应在粘虫抗白僵菌中的作用。研究内容包括：测定高低密度下粘虫被白僵菌侵染前后抗氧化酶的活力；借助RT-PCR和RACE技术克隆抗氧化酶相关基因的全长序列，并采用qRT-PCR分析这些基因mRNA的表达模式；通过RNAi技术验证相关基因在粘虫抗白僵菌中的功能。研究结果将揭示密度诱导的氧化胁迫反应在粘虫抗白僵菌中的作用，同时也有望丰富和完善昆虫密度依赖的抗病性理论。

密度依赖的抗病性是近年来免疫生态学领域研究的一个热点。本项目以重大的粮食作物害虫粘虫为研究对象，以种群密度和白僵菌为胁迫因子，综合运用昆虫生理生化和分子生物学的研究方法，探索密度诱导的氧化胁迫反应在粘虫抗白僵菌中的作用。通过3年的研究取得如下结果：（1）无论是白僵菌侵染前还是侵染后，群居型粘虫（高密度种群）丙二醛的含量显著高于散居型（低密度种群），但T-AOC的含量无显著差异。群居型粘虫SOD,CAT和GST的活力在白僵菌侵染前后均显著低于散居型粘虫，而POD活力在两型粘虫之间无显著差异。（2）采用RT-PCR和RACE的方法成功克隆了氧化胁迫反应相关基因全长序列，即Cuznsod, Mnsod, cat, gst, hsp19.7, hsp19.8 和hsp21.4。序列分析显示这些基因与已报到的各自家族基因均具有较高的同源性，说明本研究获得了氧化胁迫反应相关基因的同原物。（3）筛选了用于粘虫qrt-pcr的内参基因。结果表明：actin, ef1-α and tub适用于不同发育阶段，tub, rps13 和 ef1-α适用于不同组织，rps13 和 18S适用于温度胁迫，tub, rps13 和 rps7适用于密度胁迫，rps7, ef1-α, rpl32 and gapdh适用于杀虫剂胁迫。（4）群居型粘虫CuZnsod, hsp19.8 和 hsp90的表达水平在白僵菌侵染前后均上调表达，而其它基因的表达则是无差异或下调表达。(5) 采用饲喂法沉默粘虫hsp19.8后，群居型粘虫死亡率显著下降，与散居型无显著差异。这些结果表明氧化胁迫相关基因的上调表达是粘虫密度依赖抗病性增强的一个重要原因。同时，研究结果有助于深入理解粘虫群聚爆发成灾的机制和新的粘虫防治策略的制定。