灰飞虱对水稻黑条矮缩病毒的体液免疫应答的信号通路研究

Rice black-streaked dwarf virus (RBSDV) is transmitted in a persistent manner primarily by the small brown planthopper (SBPH). The objective of this proposal is to investigate the humoral immunity signaling pathway of SBPH with RBSDV invasion. The core genes of Toll, Imd and Jak/STAT pathway are cloned based on the our transcriptome data of SBPH,and the immune signaling pathway will be elucidated by using RNAi interference with these genes. The Toll pathway genes (myd88 and cactus), Imd pathway genes (relish and caspar), Jak/STAT genes (hop ,dome and pias) are knocked down by RNAi, and subsequently the virus replication is monitored by real-time PCR analysis, the collected data would result in revealing the signaling pathway stimulated by the virus. In addition, we will explore the anti-virus immunity related effectors by analyzing the RNA expression profile in SBPH with its immune pathy was incapacitated by RNAi. This project provides the first time to study the rice pests immune signaling pathway against rice virus thus-so-far,and our study would give a new strategy for transgenetic engineering and pave foundamental information for agericulture virus control.

水稻黑条矮缩病是水稻黑条矮缩病毒经介体灰飞虱以持久性传播方式引起的病毒病,严重威胁了我国的粮食生产安全。本项目以水稻黑条矮缩病毒侵入灰飞虱引起的体液免疫应答为研究对象，以灰飞虱转录组信息为基础克隆灰飞虱Toll、Imd、Jak/STAT免疫通路核心基因，通过RNAi干扰基因功能的方法阐明灰飞虱对病毒感染引起的免疫信号通路应答。主要内容包括RNAi干扰Toll途径的myd88与cactus基因、Imd途径的relish与caspar基因、Jak/STAT途径的hop、dome、pias基因，通过定量分析RNAi干扰后的病毒在虫体内的复制量判断病毒诱导的灰飞虱体液免疫信号通路。在此基础上，本项目拟通过比较灰飞虱免疫功能受损后的表达谱的变化来探索抗病毒的免疫效应因子。本项目是首次针对水稻害虫与水稻病毒的免疫应答信号通路进行研究，研究成果将为转基因抗性工程提供新的策略及病毒病的防治提供理论基础。

水稻黑条矮缩病是水稻黑条矮缩病毒经介体灰飞虱以持久性传播方式引起的病毒病,严重威胁了我国的粮食生产安全。水稻黑条矮缩病的流行及爆发与带毒灰飞虱数量直接相关，因此了解病毒与灰飞虱相互作用机制是控制该病毒病的关键因素之一。. 主要研究内容包括:（1）RNAi干扰昆虫免疫途径的Toll途径的myd88与cactus基因、Imd途径的relish与caspar基因、Jak/STAT途径的hop与dome基因，通过定量分析RNAi干扰后的病毒在虫体内的复制量判断病毒诱导的灰飞虱体液免疫信号通路;（2）以基因组完成测序的飞虱科另一昆虫褐飞虱为模型，全面分析稻飞虱的miRNA和siRNA通路的核心基因，并利用末端组织转录因子dll基因作为分子Marker对稻飞虱的RNAi干扰特性进行分析；（3）调查细胞凋亡相关转录因子FOXO对水稻黑条矮缩病的抗病毒反应；（4）揭示FOXO转录因子对稻飞虱（灰飞虱、褐飞虱、白背飞虱）长、短翅分化的调控机制。. 通过以上研究得出了如下结果：（1）证实了灰飞虱的Toll、IMD、Jak/STAT免疫途径并不参与抗水稻黑条矮缩病反应；（2）发现了稻飞虱具有系统性RNAi特性；（3）证实了灰飞虱细胞凋亡途径与抗水稻黑条矮缩病并无直接联系；（4）发现了胰岛素信号转导途径通过FOXO转录因子调控了稻飞虱的长、短翅可塑性发育。以上研究结果已在昆虫学TOP期刊Insect Molecular Biology和知名期刊Nature发表。. 本研究得到的稻飞虱RNAi特性和长短翅分化机制的研究结果，不但对稻飞虱进行准确测报具有重要的实际意义，而且也为稻飞虱的防治提供了新策略与新思路。另外，发现的昆虫体液免疫、凋亡反应与抗水稻黑条矮缩病无关也为后续研究提供了宝贵的经验。此外，昆虫多型现象发生的本质是昆虫对环境的适应性进化，是进化发育生物学研究的重要组成部分。翅多型现象在多种昆虫中都存在，但对其发生机制却知之甚少。稻飞虱翅二型前沿性的研究有望成为这些昆虫长短翅型分化的模式，同时也将为昆虫进化发育生物学提供部分理论基础。