唾液蛋白在灰飞虱取食、传毒中的作用和机理研究

Insect herbivore saliva contains digestive enzymes, as well as other components, such as elicitors or effectors that modify plant defense and proteins related to pathogen transmission. Herbivore saliva plays an important role in the plant–herbivore-pathogen interactions. However, thus far little is known at the molecular level. Therefore, in this study, combined the high-viruliferous L. striatellus saliva proteome, we compared the salivary-gland transcriptomes of three strains of L. striatellus: Virus-free population feeding on artificial diet, high-viruliferous and virus-free populations feeding on rice, to screen out the genes coding salivary proteins responded to feeding and virus transmission. Then these key genes function will be studied by Western blot, RNAi and recombinant active protein infiltration and explained in the way that saliva can modify plant defense. The results will shed light on the molecular mechanisms of the adaptation of L. striatellus.

植食性昆虫的唾液包含多种与取食相关的消化、水解酶类，还包含一些与病原微生物传播相关的蛋白和能够调控植物防御反应的因子，虽然唾液在昆虫、寄主植物、病原微生物三者的相互关系中发挥着重要作用，但在分子层面的研究还知之甚少。本项目以传播多种病毒病的重要水稻害虫灰飞虱为研究对象，利用取食人工饲料和水稻的带毒与不带毒灰飞虱唾液腺平行转录组测序和唾液蛋白组技术，筛选可能与灰飞虱取食和传毒相关的唾液蛋白，然后利用Western blot、RNAi、外源蛋白渗透法等分子生物学技术确定相关唾液蛋白在取食和传毒中的作用，并从唾液调控植物防御方面解析其作用机理，阐明灰飞虱唾液蛋白的适应性进化机制。

灰飞虱是我国重要的水稻害虫之一，当灰飞虱开始取食植物时，能迅速地分泌唾液，以帮助其定位并持续地取食韧皮部汁液，还能通过调控植物的防御反应，以帮助其更好地生存与繁殖，在这个过程中，唾液蛋白发挥着重要角色，但是绝大部分蛋白的具体功能未知。在本研究中我们收集了灰飞虱的水状唾液，经Shotgun蛋白组测定，比对灰飞虱基因组和唾液腺转录组，共鉴定出211种唾液蛋白。选取了其中9个唾液蛋白编码基因，分别进行RNAi，发现唾液中的钙调蛋白和LV是灰飞虱取食和存活所必需。钙调蛋白具有EF-hand钙离子结合域，在灰飞虱取食时随唾液进入到水稻细胞质和细胞核中，能够结合取食时诱导的钙离子流，防止韧皮部堵塞反应以及水稻细胞凋亡反应的发生，从而使灰飞虱能够从韧皮部持续地获得汁液，保证营养物质的持续摄入，有利于灰飞虱的生长发育繁殖；而LV经基因沉默后会影响唾液鞘的形成，使灰飞虱无法顺利并持续地取食韧皮部汁液，LV可以分泌进水稻的细胞质和细胞核中，通过抑制水稻的钙离子流、细胞凋亡、胼胝质产生和茉莉酸介导（对水杨酸含量无影响）的防御反应，从而有利于灰飞虱的取食和存活。我们的这些发现有利于丰富认识唾液效应子在刺吸式口器昆虫取食、存活以及和植物互作的作用和机制，并能提供害虫防治的靶基因，为水稻害虫的综合防治提供依据。