野生多毛番茄对B型烟粉虱的影响及抗烟粉虱QTL分析

论文摘要

B型烟粉虱是危害我国番茄生产的重要虫害,通过取食以及传播病毒等方式导致番茄减产甚至绝收。选育抗烟粉虱的番茄品种是抵御其危害的有效途径,但当前生产上没有可用的商品种,同时栽培种中缺乏抗源。番茄野生近缘种是较好的抗源,深入研究野生种的抗性特点,对抗性基因进行遗传分析是进行抗烟粉虱育种的前提。小RNA在植物抵御生物逆境过程中起着重要作用,研究小RNA分子在虫害诱导过程中的作用,能在转录水平以及转录后调控水平上揭示抗虫机理,为抗虫品种的选育提供新的思路。本研究从以下几个方面探讨了番茄与烟粉虱之间的互作关系。（1）不同番茄材料对B型烟粉虱生长发育的影响。调查了烟粉虱在8份番茄材料（4份栽培番茄,3份多毛番茄和1份醋栗番茄）的产卵量、体型大小、发育历期和存活率等生命参数上的差异,揭示了野生抗烟粉虱番茄影响烟粉虱发育的关键时期;在此基础上,建立了一种基于产卵量的离体叶片抗性鉴定方法,并应用该方法对源于野生多毛番茄的抗性基因进行了QTL分析;（2）借助小RNA测序技术以及生物信息学方法,以抗/感番茄（PI134417/KR2）为研究对象,对烟粉虱取食后（3个阶段:8h:成虫诱导;48h:成虫和卵诱导;21d:若虫诱导）诱导的小RNA表达进行了预测。通过上述研究取得的主要结果如下:1.不同番茄材料对烟粉虱生命进程的影响差别较大,野生番茄在烟粉虱的多个生命阶段对其表现出抗性。在产卵量、体型大小、发育历期、存活率和第二代成虫的寿命及产卵量等生命参数中,野生多毛番茄主要在3个方面影响烟粉虱的生长发育。1)降低产卵量:烟粉虱在多毛番茄上的平均产卵量显著低于栽培番茄上的产卵量（最低11粒,最高164粒）;2)缩短成虫烟粉虱寿命:羽化后,烟粉虱雌虫在多毛番茄上的寿命显著低于在栽培番茄的存活寿命（多毛番茄上存活5天,栽培番茄上存活22天）;3)降低新生成虫的平均产卵量:羽化后的雌虫在多毛番茄上的平均产卵量显著低于在栽培番茄早粉2号上的产卵量（多毛番茄上为7粒/头,栽培番茄上为95粒/头）。揭示了野生番茄抗性的复杂性。2.不同番茄材料对烟粉虱体内的解毒酶活性影响不同。多毛番茄PI134417和栽培番茄Moneymaker对烟粉虱羧酸酯酶和谷胱甘肽转移酶的影响表现出相同的趋势,12小时后酶活力最低,32小时酶活力最高。但野生番茄对羧酸酯酶的影响较剧烈,栽培番茄则对谷胱甘肽转移酶活力影响较大。对乙酰胆碱酯酶而言,野生番茄较早导致乙酰胆碱酯酶活力下降至低点要早于栽培番茄（24h:32h）,而栽培番茄会导致乙酰胆碱酯酶的酶活力更低。3.发现了烟粉虱在番茄叶片上的产卵规律。烟粉虱喜好在番茄叶片的中下部小叶上产卵,而且在小叶片的底部（近小叶柄部）产卵量较高。同时建立了基于产卵量的离体叶片抗性评价方法。4.检测出8个与烟粉虱抗性有关的QTL。其中5个与产卵量相关,分别位于第2、第5和第6染色体上（qBT-2-1、qBT-2-2、qBT-5-1、qBT-5-2、qBT-6-1）,4个表现为正效应,1个为负效应,贡献率最高为19.67%。3个与趋避性（附着量）相关的QTL位点,位于第2和第6染色体上（qBT-2-2、qBT-6-2、qBT-6-3）,其中1个为正效应,2个为负效应,正效应贡献率为20.04%。其中qBT-2-2为共同检测到的QTL位点。5.利用HiSeq深度测序,8份样品中每份样品获得了1000万-2000万条不等的sRNA分子。.通过与已知的番茄miRNA比对,发现sly-miRNA1916、1918和319仅在感虫组中（KR2）表达,抗虫组（PI134417）中未表达。通过与所有已知miRNA比对,在感虫组中共有426种miRNA参与表达,抗虫组中共有414种miRNA参与了表达。根据miRNA前体的发夹结构,对新的miRNA及靶标基因进行了预测。8份样品中共预测到600-889种miRNA,靶标基因73-120个不等。同时,初步筛选出8个与烟粉虱诱导表达相关的miRNA,这些miRNA调控了不同的靶标基因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 烟粉虱生物学特征和危害
• 1.1.1 烟粉虱形态特征及生活史
• 1.1.2 烟粉虱的生物型
• 1.1.3 烟粉虱寄主
• 1.1.4 烟粉虱的危害
• 1.2 番茄抗烟粉虱研究
• 1.2.1 番茄中的抗烟粉虱资源
• 1.2.2 番茄对虫害的防御机制
• 1.2.3 烟粉虱抗性鉴定方法
• 1.2.4 番茄抗虫基因遗传
• 1.2.5 番茄抗虫育种策略
• 1.3 植物小RNA 分子的研究进展
• 1.3.1 miRNA 概述
• 1.3.2 siRNA 概述
• 1.3.3 sRNA 在植物中的作用
• 1.3.4 基于大规模测序的sRNA 研究方法
• 1.3.5 sRNA 靶标基因的预测
• 1.4 选题背景及意义
• 1.4.1 选题背景
• 1.4.2 目的意义
• 1.5 技术路线
• 1.5.1 烟粉虱生命参数研究
• 1.5.2 抗性基因QTL 分析
• 1.5.3 小RNA 分析流程
• 1.6 创新点
• 第二章 番茄材料对B 型烟粉虱个体发育、繁殖能力的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 供试虫源
• 2.1.2 番茄材料
• 2.1.3 产卵量及若虫发育历期
• 2.1.4 虫态大小测定
• 2.1.5 成虫寿命及产卵量
• 2.1.6 数据分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 B 型烟粉虱在不同番茄材料上产卵量的比较
• 2.2.2 烟粉虱体型大小比较
• 2.2.3 发育历期比较
• 2.2.4 存活率比较
• 2.2.5 成虫寿命及产卵量
• 2.3 讨论
• 第三章 番茄材料对B 型烟粉虱体内解毒酶的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 供试虫源
• 3.1.2 番茄材料
• 3.1.3 解毒酶活力分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 CarE（羧酸酯酶）活力分析
• 3.2.2 乙酰胆碱酯酶（AChE）活力分析
• 3.2.3 谷胱甘肽转移酶活力分析
• 3.3 讨论
• 第四章 烟粉虱在番茄上的产卵规律及离体抗性鉴定方法建立
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 供试虫源
• 4.1.2 番茄材料
• 4.1.3 调查方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 烟粉虱在感虫材料小叶部位上的产卵规律
• 4.2.2 烟粉虱在小叶位置的产卵规律
• 4.2.3 烟粉虱在不同小叶位上的附着规律
• 4.2.4 离体/活体接虫条件下烟粉虱在早粉2 号上的产卵比较
• 4.2.5 烟粉虱在不同材料上的产卵分析
• 4.3 离体叶片烟粉虱抗性鉴定方法总结
• 4.3.1 供试虫源
• 4.3.2 实验器材
• 4.3.3 无虫苗培养
• 4.3.4 离体接虫
• 4.3.5 对照品种
• 4.3.6 抗性分级
• 4.4 讨论
• 第五章 番茄抗B 型烟粉虱基因的QTL 分析
• 5.1 材料与方法
• 1 群体构建'>5.1.1 BC₁群体构建
• 5.1.2 DNA 提取
• 5.1.3 分子标记分型
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 分子标记筛选
• 5.2.2 分子连锁遗传图谱构建
• 5.2.3 番茄抗虫性状的统计分析
• 5.2.4 番茄对烟粉虱趋避性的统计分析
• 5.2.5 番茄对烟粉虱抗性的QTL 定位及遗传效应分析
• 5.3 讨论
• 5.3.1 遗传群体对抗烟粉虱性状QTL 定位的影响
• 5.3.2 抗性QTL 的多样性
• 5.3.3 多个抗性位点的聚合策略
• 第六章 B 型烟粉虱诱导的小RNA 表达
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 供试烟粉虱
• 6.1.2 供试番茄
• 6.1.3 烟粉虱侵染
• 6.1.4 总RNA 提取
• 6.1.5 番茄sRNA（small RNA）测序
• 6.1.6 sRNA 数据分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 sRNA 的测序数量及长度分布
• 6.2.2 sRNA 在番茄基因组上的分布
• 6.2.3 sRNA 分类注释
• 6.2.4 已知miRNA 分析
• 6.2.5 已知番茄miRNA 的差异表达分析
• 6.2.6 所有已知 miRNA 的差异表达
• 6.2.7 已知miRNA 的家族分析
• 6.2.8 候选miRNA 预测及靶标基因预测
• 6.2.9 部分特异表达的miRNA 及其靶标基因
• 6.3 讨论
• 6.3.1 基于生物信息学的小RNA 研究方法
• 6.3.2 已知miRNA 在烟粉虱诱导下的表达
• 6.3.3 后续研究
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 发表论文
• 计划发表论文