烟粉虱唾液腺和卵巢在传播双生病毒中的作用
双生病毒科(Geminiviridae)是植物病毒中的第二大科,也是唯一一类具有孪生颗粒形态和单链环状DNA基因组的病毒,可在番茄、棉花和木薯等多种经济作物上引起毁灭性的危害。双生病毒主要的传播介体是烟粉虱Bemisia tabaci,通常烟粉虱种群的暴发往往伴随着双生病毒病的流行。探索烟粉虱如何传播双生病毒,有助于揭示双生病毒病流行的过程及机理。本文以两种入侵性极强的Middle East Asia Minor1(MEAM1)和Mediterranean(MED)烟粉虱为研究对象,研究了两种双生病毒番茄黄曲叶病毒(Tomatoyellow leaf curl virus,TYLCV)和中国番茄黄曲叶病毒(Tomatoyellow ...
双生病毒科(Geminiviridae)是植物病毒中的第二大科,也是唯一一类具有孪生颗粒形态和单链环状DNA基因组的病毒,可在番茄、棉花和木薯等多种经济作物上引起毁灭性的危害。双生病毒主要的传播介体是烟粉虱Bemisia tabaci,通常烟粉虱种群的暴发往往伴随着双生病毒病的流行。探索烟粉虱如何传播双生病毒,有助于揭示双生病毒病流行的过程及机理。本文以两种入侵性极强的Middle East Asia Minor1(MEAM1)和Mediterranean(MED)烟粉虱为研究对象,研究了两种双生病毒番茄黄曲叶病毒(Tomatoyellow leaf curl virus,TYLCV)和中国番茄黄曲叶病毒(Tomatoyellow leaf curl China virus,TYLCCNV)经由这两种烟粉虱传播的生理和分子机制。主要研究结果如下:
  (1)TYLCV在MEAM1烟粉虱中肠、卵巢以及唾液腺的分布
  通过免疫荧光技术在MEAM1烟粉虱中肠定位TYLCV外壳蛋白(coat protein,CP)发现,TYLCV信号在中肠分布较广,而且在滤室部位富集。在卵巢中定位病毒发现,病毒主要在分布在烟粉虱成熟的卵子中,而未成熟的卵巢管中未见病毒分布;在唾液腺中定位病毒发现,病毒主要分布在唾液腺中间区域的几个细胞,其他区域仅见少量病毒信号。以上结果明确了TYLCV在烟粉虱这三个重要器官中的分布情况。
  (2)MEAM1和MED烟粉虱特异性传播TYLCV和TYLCCNV的机制
  通过传毒实验发现,MEAM1可以传播TYLCV和TYLCCNV,而MED仅可以传播TYLCV,不能传播TYLCCNV。比较MEAM1和MED烟粉虱对TYLCCNV的获取和存留能力发现,MED获取和存留TYLCCNV的能力甚至强于MEAM1,说明二者获取和存留病毒能力的差异并不是导致MED不能传播TYLCCNV的原因。通过检测MED体内是否存在TYLCCNV循环的屏障,发现病毒能以较低的效率进入MED的唾液腺但是不能随唾液分泌出来。为了研究病毒CP是否也参与了MED特异性地传播TYLCV和TYLCCNV,将TYLCV与TYLCCNV的CP氨基酸序列中差异较大的部分进行了互换,发现重组CP后的TYLCCNV变得可以被MED传播,而重组CP后的TYLCV则变得几乎不能被MED传播。烟粉虱唾液腺也参与了这两种重组病毒的特异性传播。观察TYLCV和TYLCCNV在MED烟粉虱唾液腺内的动态变化发现,TYLCV在烟粉虱获毒的初始3-12h内,分布于整个唾液腺,获毒12-24 h之间,病毒逐渐集聚在唾液腺的中间区域。获毒36-72 h后,TYLCV仅分布于唾液腺中间沿唾管分布的细胞,病毒在唾液腺其它部位分布极少。而TYLCCNV在MED烟粉虱获毒的初始4-12h内,仅有少量病毒信号分布于唾液腺的边缘,获毒24-72 h之后,病毒逐渐消失。这两种病毒在MEAM1烟粉虱唾液腺内的运动动态与TYLCV在MED唾液腺中的类似。以上结果表明了烟粉虱的唾液腺和双生病毒的CP共同决定了病毒传播的特异性。
  (3)MEAM1和MED垂直传播TYLCV的生理和分子机制
  免疫荧光定位发现TYLCV仅进入MEAM1烟粉虱成熟的卵子,推测TYLCV垂直传播的效率可能与烟粉虱卵巢的发育成熟度有关。进一步验证发现发育成熟的烟粉虱卵巢中的病毒含量显著高于未成熟的卵巢。随着烟粉虱日龄的增加,其垂直传播TYLCV的效率也显著增加,而且经垂直传播获毒的F1代成虫也能侵染健康的植物。烟粉虱卵巢的发育成熟度与卵黄原蛋白(vitellogenin,Vg)密切相关,Vg基因在羽化5天之内的烟粉虱体内的表达量都维持在一个很低的水平,在羽化11d左右会逐渐达到最高水平。免疫定位Vg和TYLCV CP在MEAM1和MED烟粉虱卵巢中的分布发现二者是完全共定位的。分别用TYLCV CP和Vg的单克隆抗体进行免疫共沉淀验证发现,CP抗体可以将携毒烟粉虱总蛋白中的Vg沉淀下来,Vg抗体也可以将携毒烟粉虱总蛋白中的TYLCV CP沉淀下来,说明二者在烟粉虱体内互作。通过饲喂烟粉虱Vg的抗体方法阻碍病毒与Vg结合,发现饲喂抗体后,病毒垂直传播的效率降低。以上结果表明TYLCV垂直传播的效率与烟粉虱的卵巢发育进程有关,烟粉虱的卵黄原蛋白Vg可以帮助TYLCV垂直传播至下一代。
  综上所述,本研究阐明了两种病毒在烟粉虱体内的分布情况,揭示了两种病毒经由烟粉虱MEAM1和MED隐种特异性传播以及经卵垂直传播的重要生理和分子机制。这些研究结果加深了对烟粉虱传播双生病毒机制的认识,为进一步揭示烟粉虱传双生病毒的分子机制、研发阻碍烟粉虱传毒的新方法提供了理论基础。
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作者: 卫静
学科专业: 农业昆虫与害虫防治
授予学位: 博士
学位授予单位: 浙江大学
导师姓名: 王晓伟 刘树生
学位年度: 2015
语 种: chi
分类号: S436.412
在线出版日期: 2016年1月27日