单细胞表达谱解析唾液腺在烟粉虱-植物互作中的作用

烟粉虱利用刺吸式口器在植物的韧皮部取食，在取食过程中烟粉虱的唾液起关键作用。由于烟粉虱个体微小，分析烟粉虱唾液组分非常困难，关于烟粉虱唾液的研究还很匮乏。本项目拟采用微量cDNA扩增技术并结合新一代Illumina测序技术分析烟粉虱唾液腺的转录组，期望首次深入解析烟粉虱唾液腺基因的表达。另外，通过比较烟粉虱在取食人工饲料和宿主植物时唾液腺基因表达谱的差异，找出烟粉虱取食及应对植物防御反应的关键基因。然后通过RNA干扰及刺探电位图谱分析明确相关基因在烟粉虱取食过程中的作用。本项目研究内容是昆虫-植物互作领域的难点及国际学术前沿，并可为其他刺吸式口器昆虫与植物互作的研究提供借鉴。测定的大量唾液腺基因将有力推动烟粉虱-植物互作机制研究。同时，由于烟粉虱是世界性的重大害虫，深入了解烟粉虱利用宿主植物的关键基因及烟粉虱-宿主互作机制后，可以找出更合适的靶标，设计相应的策略防控烟粉虱的危害。

烟粉虱是刺吸式口器害虫，在取食过程中烟粉虱的唾液腺起着关键作用。由于烟粉虱个体微小，分析烟粉虱唾液组分非常困难，关于烟粉虱唾液的研究还很匮乏。本项目采用微量cDNA 扩增技术并结合新一代Illumina 测序技术分析了烟粉虱唾液腺的转录组，得到了13,615烟粉虱唾液腺基因。为了揭示烟粉虱唾液腺的作用机制，对这些基因的功能进行了分析。结果表明代谢和转运相关的基因在烟粉虱唾液腺中显著富集。我们预测了唾液腺转录组中的可分泌蛋白，发现有295个基因编码可分泌蛋白，可能分泌到唾液中并在烟粉虱-植物互作中起关键作用。通过农杆菌介导对20多个基因在烟草中进行了过表达，证实这些基因可以在烟草中过量表达。比较了烟粉虱在正常烟草和唾液蛋白过表达后烟草上的存活率和产卵量，初步确定了2-3个可能调控植物防御反应的烟粉虱唾液蛋白。另外，烟粉虱是一个包括多个隐种的复合种，不同隐种烟粉虱和寄主植物互作的结果不同。我们分析了入侵型烟粉虱(B，Q)和本地烟粉虱(ZHJ1)之间基因表达的差异，研究结果显示抗性相关基因在入侵烟粉虱中的表达量要明显高于本地烟粉虱，说明抗性基因的过表达是入侵型烟粉虱可以更好的适应寄主植物的重要原因之一。这些发现为进一步研究不同隐种烟粉虱对寄主植物适应性的差异提供了新的思路。同时，为了找出入侵和本地烟粉虱对不同寄主防御反应的异同，我们也比较了烟粉虱从棉花转移到烟草上12小时后，B和ZHJ1烟粉虱基因表达的变化。研究发现从棉花转移到烟草后，B烟粉虱的基因表达差异不大，而ZHJ1中大量基因的表达有显著变化，说明B烟粉虱对烟草的适应性更强，这些发现为进一步研究不同隐种烟粉虱对寄主植物适应性的差异提供了基础。由于烟粉虱是世界性的重大害虫，深入了解烟粉虱利用宿主植物的关键基因及烟粉虱-宿主互作机制后，可以找出更合适的靶标，设计相应的策略防控烟粉虱的危害。