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野生多毛番茄对B型烟粉虱的影响及抗烟粉虱QTL分析

作　者: 高建昌
导　师: 杜永臣
学　校: 中国农业科学院
专　业: 蔬菜学
关键词: 多毛番茄 B型烟粉虱 QTL 诱导表达 sRNA
分类号: S641.2
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-18
第一章 文献综述  18-29
  1.1 烟粉虱生物学特征和危害  18-20
    1.1.1 烟粉虱形态特征及生活史  18-19
    1.1.2 烟粉虱的生物型  19
    1.1.3 烟粉虱寄主  19
    1.1.4 烟粉虱的危害  19-20
  1.2 番茄抗烟粉虱研究  20-23
    1.2.1 番茄中的抗烟粉虱资源  20
    1.2.2 番茄对虫害的防御机制  20-22
    1.2.3 烟粉虱抗性鉴定方法  22
    1.2.4 番茄抗虫基因遗传  22
    1.2.5 番茄抗虫育种策略  22-23
  1.3 植物小RNA 分子的研究进展  23-26
    1.3.1 miRNA 概述  23-24
    1.3.2 siRNA 概述  24-25
    1.3.3 sRNA 在植物中的作用  25
    1.3.4 基于大规模测序的sRNA 研究方法  25-26
    1.3.5 sRNA 靶标基因的预测  26
  1.4 选题背景及意义  26-27
    1.4.1 选题背景  26-27
    1.4.2 目的意义  27
  1.5 技术路线  27-28
    1.5.1 烟粉虱生命参数研究  27
    1.5.2 抗性基因QTL 分析  27-28
    1.5.3 小RNA 分析流程  28
  1.6 创新点  28-29
第二章 番茄材料对B 型烟粉虱个体发育、繁殖能力的影响  29-36
  2.1 材料与方法  29-30
    2.1.1 供试虫源  29
    2.1.2 番茄材料  29
    2.1.3 产卵量及若虫发育历期  29
    2.1.4 虫态大小测定  29
    2.1.5 成虫寿命及产卵量  29-30
    2.1.6 数据分析  30
  2.2 结果与分析  30-32
    2.2.1 B 型烟粉虱在不同番茄材料上产卵量的比较  30
    2.2.2 烟粉虱体型大小比较  30-31
    2.2.3 发育历期比较  31
    2.2.4 存活率比较  31
    2.2.5 成虫寿命及产卵量  31-32
  2.3 讨论  32-36
第三章 番茄材料对B 型烟粉虱体内解毒酶的影响  36-42
  3.1 材料与方法  36-38
    3.1.1 供试虫源  36
    3.1.2 番茄材料  36
    3.1.3 解毒酶活力分析  36-38
  3.2 结果与分析  38-40
    3.2.1 CarE（羧酸酯酶）活力分析  38-39
    3.2.2 乙酰胆碱酯酶（AChE）活力分析  39-40
    3.2.3 谷胱甘肽转移酶活力分析  40
  3.3 讨论  40-42
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  42-50
  4.1 材料与方法  42-43
    4.1.1 供试虫源  42
    4.1.2 番茄材料  42
    4.1.3 调查方法  42-43
  4.2 结果与分析  43-47
    4.2.1 烟粉虱在感虫材料小叶部位上的产卵规律  43-44
    4.2.2 烟粉虱在小叶位置的产卵规律  44
    4.2.3 烟粉虱在不同小叶位上的附着规律  44-45
    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  45-46
    4.2.5 烟粉虱在不同材料上的产卵分析  46-47
  4.3 离体叶片烟粉虱抗性鉴定方法总结  47-48
    4.3.1 供试虫源  47
    4.3.2 实验器材  47
    4.3.3 无虫苗培养  47
    4.3.4 离体接虫  47-48
    4.3.5 对照品种  48
    4.3.6 抗性分级  48
  4.4 讨论  48-50
第五章 番茄抗B 型烟粉虱基因的QTL 分析  50-62
  5.1 材料与方法  50-53
    5.1.1 BC_1 群体构建  50
    5.1.2 DNA 提取  50-51
    5.1.3 分子标记分型  51-53
  5.2 结果与分析  53-60
    5.2.1 分子标记筛选  53-55
    5.2.2 分子连锁遗传图谱构建  55
    5.2.3 番茄抗虫性状的统计分析  55
    5.2.4 番茄对烟粉虱趋避性的统计分析  55-58
    5.2.5 番茄对烟粉虱抗性的QTL 定位及遗传效应分析  58-60
  5.3 讨论  60-62
    5.3.1 遗传群体对抗烟粉虱性状QTL 定位的影响  60
    5.3.2 抗性QTL 的多样性  60
    5.3.3 多个抗性位点的聚合策略  60-62
第六章 B 型烟粉虱诱导的小RNA 表达  62-80
  6.1 材料与方法  62-63
    6.1.1 供试烟粉虱  62
    6.1.2 供试番茄  62
    6.1.3 烟粉虱侵染  62-63
    6.1.4 总RNA 提取  63
    6.1.5 番茄sRNA（small RNA）测序  63
    6.1.6 sRNA 数据分析  63
  6.2 结果与分析  63-79
    6.2.1 sRNA 的测序数量及长度分布  63-64
    6.2.2 sRNA 在番茄基因组上的分布  64
    6.2.3 sRNA 分类注释  64-68
    6.2.4 已知miRNA 分析  68-69
    6.2.5 已知番茄miRNA 的差异表达分析  69-72
    6.2.6 所有已知 miRNA 的差异表达  72
    6.2.7 已知miRNA 的家族分析  72-75
    6.2.8 候选miRNA 预测及靶标基因预测  75-77
    6.2.9 部分特异表达的miRNA 及其靶标基因  77-79
  6.3 讨论  79-80
    6.3.1 基于生物信息学的小RNA 研究方法  79
    6.3.2 已知miRNA 在烟粉虱诱导下的表达  79
    6.3.3 后续研究  79-80
第七章 结论  80-81
参考文献  81-89
致谢  89-90
作者简历  90
发表论文  90
计划发表论文  90

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中图分类: > 农业科学 > 园艺 > 蔬菜园艺 > 茄果类 > 番茄（西红柿）
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