ToCV单独侵染和TYLCV&ToCV复合侵染番茄植株上烟粉虱寄主适应性及寄主植物营养成分含量和防御反应变化

【目的】本研究以番茄褪绿病毒(tomato chlorosis virus, ToCV)和番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)为主体,旨在明确ToCV单独侵染及TYLCV&ToCV复合侵染对烟粉虱Bemisia tabaci MED隐种寄主适应性的影响,并从寄主植物营养成分和防御角度解析不同番茄病毒侵染对烟粉虱MED隐种寄主适应性影响的生理机制。【方法】ToCV单独侵染和TYLCV&ToCV复合侵染番茄植株后,统计分析番茄植株上烟粉虱MED隐种成虫存活率和产卵量以及番茄植株中氨基酸和总糖含量;通过RT-qPCR技术检测番茄植株茉莉酸(JA)信号通路关键基因(FAD7和PI II)以及水杨酸(SA)信号通路关键基因(NPR1和PR1)的表达模式。【结果】相对于取食健康番茄植株的烟粉虱成虫,取食番茄病毒侵染的番茄植株烟粉虱MED隐种成虫的存活率和产卵量均显著降低,其中以TYLCV&ToCV复合侵染番茄植株为寄主时,烟粉虱MED隐种成虫的存活率和产卵量均达到最低水平。TYLCV&ToCV复合侵染后,番茄植株中总氨基酸含量、14种水解氨基酸含量以及总糖含量低于ToCV单独侵染番茄植株。ToCV单独侵染和TYLCV&ToCV复合侵染番茄植株后,FAD7和PI II的表达量均显著降低,并且2个基因在TYLCV&ToCV复合侵染植株中的表达水平最低;然而,NPR1和PR1的表达水平在ToCV单独侵染和TYLCV&ToCV复合侵染番茄植株中均有上升趋势,TYLCV&ToCV复合侵染番茄植株中NPR1表达水平和ToCV单独侵染番茄植株中PR1表达水平均显著高于健康番茄植株中的。【结论】ToCV单独侵染和TYLCV&ToCV复合侵染均能够明显降低番茄植株上烟粉虱MED隐种的寄主适应性,且TYLCV&ToCV复合侵染更不利于烟粉虱MED隐种生存;相对于健康番茄植株,ToCV单独侵染和TYLCV&ToCV复合侵染番茄植株营养成分与防御系统发生了变化且存在差异。研究结果为揭示烟粉虱与植物病毒互作提供了参考。     

烟粉虱MEAM1和MED成虫在辣椒上传播番茄褪绿病毒的特性

【目的】分析与比较烟粉虱Bemisia tabaci MEAM1和MED成虫在辣椒Capsicum annuum植株上对番茄褪绿病毒(tomato chlorosis virus, ToCV)的传播差异,解析媒介昆虫-病毒-寄主植物间的互作关系,为田间辣椒上ToCV防治提供参考。【方法】利用烟粉虱MEAM1和MED成虫及ToCV cDNA侵染性克隆,对烟粉虱MEAM1和MED成虫在辣椒植株上获取和传播ToCV的能力进行比较,同时比较烟粉虱MEAM1和MED成虫在健康和携带ToCV辣椒植株上的取食偏好。【结果】在感染ToCV的辣椒植株上接虫后96 h内,烟粉虱MEAM1和MED成虫体内病毒积累量逐渐增加,MED成虫获毒速度和病毒积累量均大于MEAM1成虫的,MED成虫获毒量是MEAM1成虫的1.74倍;MED成虫在辣椒植株上的传毒量明显高于MEAM1成虫,传毒量平均相差9倍,且MED成虫传毒率比MEAM1成虫高29%。MEAM1和MED成虫对健康和感染ToCV的辣椒植株的取食偏好相似,都明显倾向于取食被ToCV侵染的辣椒植株。【结论】烟粉虱MED成虫在辣椒植株上获取、传播ToCV的能力均高于烟粉虱MEAM1成虫,这也是ToCV在我国大面积发生的一个重要原因。     

泛素-蛋白酶体系统对烟粉虱体内番茄黄曲叶病毒的影响

【目的】泛素化修饰广泛参与细胞周期、信号传导、转录调控、免疫应答等多个方面,是细胞内一种非常重要的蛋白水平可逆修饰。但目前关于泛素-蛋白酶体系统是否参与介体昆虫传播病毒还鲜有报道。本研究旨在探索泛素-蛋白酶体系统在烟粉虱Bemisia tabaci传播番茄黄曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)过程中所起的作用。【方法】通过RT-qPCR分析取食感染TYLCV和不感染TYLCV番茄植物的烟粉虱成虫体内泛素和蛋白酶体亚基基因的表达,采用Western blot检测TYLCV侵染后烟粉虱成虫体内泛素蛋白含量的变化;饲喂抑制剂和注射双链RNA的方法抑制烟粉虱成虫体内蛋白酶体活性后,通过RT-qPCR测定其体内TYLCV含量的变化。【结果】烟粉虱成虫携带TYLCV后,泛素以及26S蛋白酶体亚基4、6B和β基因的表达量没有发生显著变化,体内游离泛素和缀合泛素的含量以及两者的比例也都没有显著改变,表明TYLCV侵染不会影响烟粉虱体内泛素-蛋白酶体的活性。但饲喂抑制剂(Bortezomib或MG132)或沉默Rpn11抑制蛋白酶体活性后,烟粉虱成虫体内的TYLCV含量显著升高。【结论】泛素-蛋白酶体系统对烟粉虱体内的TYLCV起负调控作用,该系统可能通过直接降解病毒或激活免疫反应等方式抑制病毒含量,进而帮助烟粉虱应对TYLCV带来的不利影响。     

两个入侵烟粉虱隐种MEAM1与MED对番茄黄曲叶病毒水平传播能力的比较

【目的】烟粉虱 Bemisia tabaci 是番茄黄曲叶病毒（Tomato yellow leaf curl virus, TYLCV）在自然界的唯一传播媒介,除了可以直接取食获取TYLCV,烟粉虱还可以通过交配获取此植物病毒。虽然前人研究证明了烟粉虱Middle East-Asia Minor 1 （MEAM1）和Mediterranean （MED）隐种都可以通过交配在两性个体之间水平传播TYLCV,但有关MEAM1与MED隐种水平传播TYLCV的能力是否存在差异,不同研究的结果却并不一致。另外,目前尚无关于烟粉虱的水平传播行为是否有助于TYLCV在田间扩散的相关研究。【方法】从浙江、广东、云南和河南4个省份的田间采集MEAM1和MED隐种烟粉虱种群,在室内应用分子标记对各种群所属隐种鉴定后分别建立7个供试种群,然后观察每个种群内带毒成虫与不带毒成虫通过交配在不同性别个体之间水平传播TYLCV的能力,并选用采自广东的MEAM1隐种烟粉虱模拟群体交配实验探究通过交配获毒的烟粉虱个体是否具有传播TYLCV致健康番茄植株发病的能力。【结果】4个省内的MEAM1和MED隐种烟粉虱都可通过交配对TYLCV进行水平传播,但传播频率一般在10%以下。不同省份的MEAM1隐种种群之间在水平传播TYLCV的能力上无显著差异,不同省份的MED隐种种群之间也不存在显著差异。另外,同一省份的MEAM1隐种与MED隐种之间在水平传播TYLCV的能力上也不存在显著差异,而且在两个隐种中,带毒雄虫将病毒水平传播给不带毒雌虫与带毒雌虫将病毒水平传播给不带毒雄虫的频率没有显著差异。研究还表明,采自广东的MEAM1隐种烟粉虱个体通过交配水平获毒后不能致健康番茄植株发病。【结论】综合以上结果,我们推测TYLCV在中国境内两个入侵烟粉虱隐种MEAM1和MED各自种群内个体之间的水平传播概率较低,对该病毒在田间的扩散可能没有作用或作用不大。     

烟粉虱MED隐种钙离子结合蛋白基因的RNAi及其生物学效应

【目的】前期研究发现烟粉虱Bemisia tabaci MED隐种2个钙离子结合蛋白(BtCaBP1和BtCaBP2)参与烟粉虱对溴氰虫酰胺的应激反应。本研究旨在通过RNAi干扰钙离子结合蛋白基因,系统揭示钙离子结合蛋白对烟粉虱的生物学影响。【方法】通过dsRNA饲喂法分别干扰烟粉虱MED隐种成虫钙离子结合蛋白基因BtCaBP 1和BtCaBP 2后,qPCR检测BtCaBP 1和BtCaBP 2的表达量;观测并比较了RNAi 3 d后处理组(分别饲喂ds BtCaBP 1和ds BtCaBP 2)和对照组(饲喂ds EGFP)间烟粉虱MED隐种亲代成虫(雌雄)寿命、单雌产卵量以及子一代的卵孵化率和成虫前期发育历期等生物学参数。【结果】分别饲喂ds BtCaBP 1和ds BtCaBP 23 d后,处理组烟粉虱MED隐种靶标基因BtCaBP 1和BtCaBP 2的表达量较对照组均显著降低。处理组中干扰BtCaBP 2后的亲代烟粉虱MED隐种成虫寿命(雌:15.46±1.24 d;雄:13.84±0.38 d)较对照组的(雌:13.25±0.58 d;雄:12.67±0.65 d)显著延长;处理组的单雌产卵量(39.53±3.04)比对照组的(76.06±4.76)显著降低;处理组子一代卵孵化率(81.58%±4.42%)比对照组的(87.22%±3.21%)显著降低;子一代成虫前期发育历期处理组(24.42±1.09 d)比对照组的(27.52±1.73 d)显著缩短。而干扰BtCaBP 1基因后,亲代及子一代上述生物学参数没有显著变化。【结论】干扰BtCaBP 1和BtCaBP 2对烟粉虱MED隐种具有不同的生物学效应,该结果为后续进一步研究钙离子结合蛋白的生物学功能提供了参考。     

烟粉虱传毒相关蛋白基因的克隆及其表达量分析

【目的】烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)是一种世界性的入侵性害虫,其传播的番茄黄化曲叶病毒(Tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)给我国番茄生产造成巨大经济损失。为了阐明烟粉虱传播双生病毒的机理,本文拟研究明确B和Q烟粉虱体内传毒相关蛋白Gro EL基因及其表达量。【方法】采用特异性引物克隆了B和Q烟粉虱内共生菌编码的传毒相关蛋白Gro EL基因,并进行序列分析;并利用荧光定量PCR技术检测两种生物型及其获取双生病毒前后该基因的相对表达量。【结果】烟粉虱内共生菌Hamiltonella编码的Gro EL基因全长为1 668 bp,编码555个氨基酸;B、Q烟粉虱该基因的核苷酸序列相似性为99.94%,氨基酸同源性为99.82%;带毒烟粉虱中Gro EL基因的表达量显著高于未带毒的对应生物型烟粉虱;无论带毒与否,Q烟粉虱该基因的表达量均显著高于B(P<0.05)。【结论】烟粉虱携带TYLCV后可诱导Gro EL的表达量升高,B和Q烟粉虱中Gro EL基因及其表达量均存在差异,这可能是B和Q烟粉虱传毒效率存在显著差异的原因之一。     

番茄褪绿病毒对MED烟粉虱成虫在不同寄主植物上的寄主选择性和取食行为的影响

【目的】由粉虱传播的番茄褪绿病毒(tomato chlorosis virus, ToCV)具有较强的暴发性和流行性,目前该病毒现已蔓延至世界各地,可为害多种作物,对农林经济生产造成严重危害。病毒侵染会影响介体昆虫的寄主选择性和取食行为,从而影响病毒传播。本研究旨在明确ToCV对MED烟粉虱Bemisiatabaci在不同寄主上的寄主选择性及取食行为的影响。【方法】利用Y型嗅觉仪测定携带和未携带ToCV的MED烟粉虱雌成虫的寄主选择性,利用刺吸电位(electrical penetration graph, EPG)技术比较携带和未携带ToCV的烟粉虱雌成虫在健康的番茄、辣椒、棉花和豇豆4种寄主植株上的取食行为差异。【结果】未携带ToCV的MED型烟粉虱雌成虫对于4种寄主植物的选择偏好性排序为番茄、辣椒＞棉花＞豇豆;携带ToCV烟粉虱雌成虫对4种寄主植物的选择性偏好性降低,排序为番茄、辣椒、棉花＞豇豆。与未携带ToCV烟粉虱雌成虫相比,携带ToCV烟粉虱雌成虫取食4种植物所产生的刺探次数均显著增加,第1次到达韧皮部的时间有明显延后,取食总时间与韧皮部的取食时间明显减少。【结论】ToCV使烟粉虱对寄主的选择偏好性和取食行为发生显著改变,从而增加了病毒在寄主植物间传播的可能。     

烟粉虱MED隐种抑制蛋白基因Btarrestin的克隆及特性分析

【目的】明确烟粉虱Bemisia tabaci MED隐种抑制蛋白基因Btarrestin是否参与吡虫啉耐药性。【方法】根据已有烟粉虱转录组数据,利用RT-PCR克隆Btarrestin的全长序列,进行生物信息学分析。通过qPCR分析Btarrestin在烟粉虱MED隐种各个龄期(卵,1-2龄、3龄、4龄若虫,雌、雄成虫)以及吡虫啉处理(100 mg/L)后成虫中的表达量变化,明确其时空表达模式。利用RNAi技术沉默Btarrestin,观察沉默前后Btarrestin表达量和烟粉虱MED隐种成虫死亡率变化。【结果】成功克隆烟粉虱MED隐种Btarrestin的cDNA序列(GenBank登录号: MK204377),编码区全长1 227 bp,编码409个氨基酸,预测所编码的蛋白分子量约为45.33 kD,理论等电点(pI)为8.38。保守结构域分析表明,Btarrestin具有Arrestin_N和Arrestin_C两个超家族保守结构域,符合抑制蛋白家族特征。分子系统树分析表明,Btarrestin与褐飞虱Nilaparvata lugens的Arrestin亲缘关系最近。Btarrestin的表达量随烟粉虱MED隐种的生长发育逐渐升高,成虫期表达量最高。100 mg/L吡虫啉处理成虫24 h后Btarrestin的表达量较对照增加了2.39倍。RNAi干扰Btarrestin后进行生物测定,烟粉虱MED隐种成虫的死亡率上升了31.27％。【结论】Btarrestin可能与烟粉虱MED隐种对吡虫啉的耐药性有关。     

内共生菌Cardinium对烟粉虱MED隐种耐药性的影响

【目的】次生内共生菌感染可影响烟粉虱Bemisia tabaci对杀虫剂的敏感性。本研究旨在揭示内共生菌Cardinium感染对烟粉虱B. tabaci MED隐种耐药性的影响。【方法】室内测定海南陵水与山东寿光烟粉虱MED隐种种群内遗传背景一致的Cardinium感染与未感染品系对不同浓度新烟碱类杀虫剂噻虫嗪和吡虫啉的耐药性。【结果】各浓度噻虫嗪和吡虫啉处理后,烟粉虱陵水种群感染Cardinium品系死亡率比未感染品系显著降低;100, 150, 175和200 mg/L噻虫嗪以及175和200 mg/L吡虫啉处理后,烟粉虱寿光种群感染Cardinium品系死亡率比未感染品系显著上升。相对于未感染品系,烟粉虱陵水种群感染Cardinium品系对噻虫嗪、吡虫啉的抗性倍数(RR)分别是1.355和1.847,烟粉虱寿光种群感染Cardinium品系的RR分别是0.790和0.847。【结论】内共生菌Cardinium感染能影响烟粉虱MED隐种对噻虫嗪和吡虫啉的耐药性,且这种影响在不同种群间存在差异。研究结果对于揭示烟粉虱MED隐种的种群适应性及扩张机制具有重要参考价值。     

烟粉虱MEAM1隐种磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶基因克隆与表达分析

【目的】本研究旨在从烟粉虱Bemisia tabaci中东-小亚细亚1隐种(Middle East-Asia Minor 1, MEAM1)中克隆磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶(phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase, PHGPX)基因,鉴定其在烟粉虱不同发育阶段及吡虫啉处理不同时间后雌成虫体内的表达情况,明确其在烟粉虱应对外界环境压力中的功能。【方法】利用3′RACE克隆和测定烟粉虱MEAM1隐种内PHGPX基因的cDNA全长序列,并对其编码的氨基酸序列进行生物信息学分析;利用定量RT-PCR技术对该基因在烟粉虱MEAM1隐种不同发育阶段及吡虫啉处理不同时间后雌成虫体内的表达量进行分析。【结果】获得了烟粉虱MEAM1隐种两个磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶基因的全长cDNA序列,分别命名为BtB-PHGPX1(GenBank登录号:KY312116)和BtB-PHGPX2(GenBank登录号:KY312117)。序列分析表明,BtB-PHGPX1基因开放阅读框全长732 bp,编码243个氨基酸;BtB-PHGPX2基因开放阅读框全长567 bp,编码188个氨基酸。序列比对结果表明两基因的编码蛋白内均具有谷胱甘肽过氧化物酶保守的半胱氨酸、谷氨酰胺和色氨酸残基位点。BtB-PHGPX1在烟粉虱MEAM1隐种卵内表达量显著高于其在若虫、伪蛹、雌成虫和雄成虫内的表达量,BtB-PHGPX2在烟粉虱MEAM1隐种卵内的表达量显著低于其在若虫、伪蛹和雌成虫内的表达量(P<0.05)。BtB-PHGPX1和BtB-PHGPX2在雌成虫内的表达量均显著高于雄成虫内。吡虫啉处理雌成虫2 h时两基因的表达量均较对照显著提高(P<0.05),处理后5, 10和24 h时其表达量均较对照显著下降(P<0.01)。【结论】本研究克隆了烟粉虱MEAM1隐种两个PHGPX基因的序列全长,明确了其在不同发育阶段及吡虫啉处理不同时间后雌成虫体内的差异表达,推测PHGPX在烟粉虱抵御环境压力及杀虫剂胁迫时可能发挥着重要的防御作用。     

亚致死剂量溴氰虫酰胺对MED烟粉虱取食行为及传播TYLCV的影响

取食是烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)传播植物病毒最重要的途径之一.本研究利用昆虫刺探电位(EPG)技术研究了杀虫剂溴氰虫酰胺亚致死浓度(LC15)对携带番茄黄化曲叶病毒(TYLCV)MED烟粉虱取食行为和传毒效率的影响.结果表明,溴氰虫酰胺对未携毒和携毒MED烟粉虱的亚致死浓度(LC15)分别为1.52 mg/kg和1.75 mg/kg,差异不显著.携毒烟粉虱在溴氰虫酰胺亚致死浓度处理的番茄苗上取食,第一次刺探起始时间显著推迟,是对照番茄苗上的3.7倍.在韧皮部取食阶段,处理组烟粉虱在韧皮部分泌唾液平均时间、吸食汁液总时间和平均时间均显著缩短,分别是对照组的0.10倍、0.14倍和0.10倍,韧皮部取食能力显著降低.qPCR试验研究表明,溴氰虫酰胺亚致死浓度处理极显著的降低了烟粉虱的传毒效率,携毒烟粉虱取食48 h的番茄苗培养10 d后,TYLCV相对含量仍接近于0,表明溴氰虫酰胺对烟粉虱传播TYLCV具有良好的控制潜力.研究结果为科学合理的使用化学农药防治烟粉虱及其传播的双生病毒病提供理论依据.     

Differential indirect effects of two plant viruses on an invasive and an indigenous whitefly vector: implications for competitive displacement

The role of vector–begomovirus–plant interactions in the widespread invasion by some members of the whitefly species complex Bemisia tabaci is poorly understood. The invasive B biotype of B. tabaci entered China in the late 1990s and had become the predominant or only biotype of the whitefly in many regions of the country by 2005–2006. Meanwhile epidemics of begomoviruses have been observed in many crops including tomato for which Tomato yellow leaf curl China virus (TYLCCNV) and Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) have been identified as two major disease-causing agents. Here, we conducted laboratory experiments to compare the performance of the invasive B and indigenous ZHJ1 whitefly biotypes on uninfected, TYLCCNV-infected and TYLCV-infected plants of tomato cv. Hezuo903, a cultivar that has been widely cultivated in many regions of China. The infection of tomato plants by either of the viruses had no or only marginal effects on the development, survival and fecundity of the B biotype. In contrast, survival and fecundity of the ZHJ1 biotype were significantly reduced on virus-infected plants compared to those on uninfected plants. Populations of the B biotype on uninfected and TYLCCNV-infected plants increased at similar rates, whereas population increase of the ZHJ1 biotype on TYLCCNV-infected plants was affected adversely. These asymmetric responses to virus infection of tomato plants between the B and ZHJ1 biotypes are likely to offer advantages to the B biotype in its invasion and displacement of the indigenous biotype.     

新疆地区烟粉虱生物型的区域分布及其携带的番茄黄化曲叶病毒检测

【目的】明确不同烟粉虱Bemisia tabaci (Gennadius)生物型在新疆地区的区域分布及其携带番茄黄化曲叶病毒的情况。【方法】本文利用烟粉虱mtDNA COⅠ基因片段作标记以及番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)特异性引物, 鉴定新疆不同地区烟粉虱生物型, 并检测其携带TYLCV情况。【结果】石河子市、 博乐市、 岳普湖县、 泽普县、 叶城县、 莎车县、 墨玉县、 和田市与和田县烟粉虱属于B型烟粉虱, 且720 bp COⅠ基因序列一致性为100%; 阿克苏市、 哈密市、 鄯善县、 乌鲁木齐市、 克拉玛依市与伊宁市烟粉虱属于Q型烟粉虱, 720 bp COⅠ基因序列一致性为99.9%~100%; 吐鲁番市与库尔勒市兼有B型烟粉虱和Q型烟粉虱。伊宁市、 乌鲁木齐市、 鄯善县、 哈密市、 阿克苏市、 库尔勒市、 莎车县、 和田县和墨玉县的烟粉虱样本携带TYLCV, 除2011年底已经暴发危害的莎车县外, 其他区域均为番茄黄化曲叶病毒病发生的高风险区域。【结论】本研究为新疆地区烟粉虱及番茄黄化曲叶病毒病的科学防控提供依据。     

Whitefly population dynamics and evaluation of whitefly-transmitted tomato yellow leaf curl virus (TYLCV)-resistant tomato genotypes as whitefly and TYLCV reservoirs

Sweetpotato whitefly, Bemisia tabaci (Gennadius), and whitefly-transmitted tomato yellow leaf curl virus (TYLCV) are major threats to tomato production in the southeastern United States. TYLCV was introduced to Florida from the Caribbean islands and has spread to other southern states of the United States. In Georgia, in recent years, the incidence of TYLCV has been steadily increasing. Studies were conducted to monitor population dynamics of whiteflies in the vegetable production belt of Georgia, to evaluate TYLCV-resistant genotypes against whiteflies and TYLCV, and to assess the potential role of resistant genotypes in TYLCV epidemiology. Monitoring studies indicated that the peak incidence of whiteflies varied seasonally from year to year. In general, whitefly populations were not uniformly distributed. Tomato genotypes exhibited minor differences in their ability to support whitefly populations. TYLCV symptoms were visually undetectable in all but one resistant genotype. The infection rates (visually) in susceptible genotypes ranged from 40 to 87%. Greenhouse inoculations with viruliferous whiteflies followed by polymerase chain reaction (PCR) indicated that up to 100% of plants of resistant genotypes were infected, although predominantly symptomless. TYLCV acquisition by whiteflies from TYLCV-infected genotypes was tested by PCR; TYLCV acquisition rates from resistant genotypes were less than from susceptible genotypes. Nevertheless, this difference did not influence TYLCV transmission rates from resistant to susceptible genotypes. Results emphasize that resistant genotypes can serve as TYLCV and whitefly reservoirs and potentially influence TYLCV epidemics.