马铃薯Y病毒侵染烟草对烟蚜行为及生长发育的影响

摘要

马铃薯Y病毒(Potato virus Y.PVY)是一种在世界范围内普遍存在的植物病毒，其发生和流行严重威胁着烟草等经济作物的安全生产。在病毒-昆虫-寄主植物三者长期的协同进化过程中，病毒会采取复杂的调控机制直接或间接影响介体昆虫的行为和生命特性，以促进自身的传播。PVY主要以烟蚜（Myzus persicae）等为有效介体进行传播，分析PVY侵染前后烟蚜行为的变化对于明确PVY的田间传播机制以及制定有效防控措施至关重要。迄今，病毒在寄主植物体内侵染的不同阶段对介体昆虫行为影响的差异性及具体影响机制尚不明确。本研究以PVY-烟草-烟蚜为研究体系，利用多种手段对PVY侵染烟草后不同阶段对烟蚜寄主选择和取食行为、烟蚜生长发育和繁殖的影响进行了全面分析，并比较了PVY侵染前后烟草体内营养物质含量以及基因表达的差异。主要结果如下: (1)利用探针法荧光定量技术明确PVY侵染烟草后烟株体内的病毒粒子的时空变化，根据病毒粒子含量差异，将PVY侵染烟草后的复制过程划分为三个阶段:前期（接种后3～7d）、中期（接种后8～18d）、后期（接种18d以后）;在PVY侵染第10d，烟株不同部位叶片中病毒含量存在差异，其中顶部完全展开的第1及第2片叶中病毒粒子含量显著低于其他部位叶片，而第3至第8片叶间的病毒粒子含量则无显著差异。 (2)利用Y型嗅觉仪和昆虫刺吸电位技术比较分析烟蚜在健康烟草和PVY侵染不同时期的烟草之间的寄主选择及取食行为差异。结果表明，在PVY侵染中期，感病烟草较健康烟草对烟蚜具有显著的吸引作用。在PVY侵染的前期和中期，烟蚜在感病烟草上的胞内刺探波pd的数量显著高于健康烟草，而胞内刺探行为的加强则会提高烟蚜对PVY的传播效率;在侵染前期和后期，感病植株上取食的烟蚜取食障碍波F出现的比率显著降低。 (3)通过生命表记录烟蚜在PVY侵染的烟草和健康烟草上的生长发育。结果表明，在PVY侵染的烟草上蚜虫的繁殖力显著增加，并且有翅蚜产生高峰期提前，而PVY的侵染对烟蚜的发育历期和寿命无显著影响。通过测定烟草体内营养物质含量发现，侵染前期和中期的烟草体内的可溶性糖和游离氨基酸的总含量，以及蚜虫生长发育所必须的氨基酸的含量均显著提高。 (4)经转录组测序分析发现，PVY侵染中期可引起烟草植株体内2563个基因表达量产生显著变化，其中2012个基因显著上调表达，551个基因显著下调表达;经KEGG富集分析发现，与次生代谢物质密切相关的通路有15条，这表明PVY侵染烟草后次生代谢物质发生显著改变，可以为解释烟蚜寄主选择行为的改变提供线索。 综上所述，PVY侵染烟草后对烟蚜行为的调控作用具有时期依赖性，PVY侵染中期烟草诱导的烟蚜寄主选择行为、取食行为、繁殖力的变化以及侵染后期对翅型分化的改变均有利于病毒自身的传播。研究结果对明确PVY-烟蚜-烟草三者互作关系，以及PVY等蚜传植物病毒的防治提供了一定的理论依据。