松墨天牛取食诱导树脂萜类的增量表达及其调控作用的研究

针叶树在长期演化过程中形成了独特的防御系统，而诱导性树脂是针叶树诱导型防御中的一种特异性化学物质。本项目拟在明确树脂萜类在松树-松墨天牛-松材线虫互作关系中调控作用的基础上，利用组织解剖学、GC-MS分析、生物化学、触角电生理、行为学等技术，研究松墨天牛取食诱导马尾松枝条创伤性树脂道发生、发育的解剖学特征，探明诱导性树脂伴随创伤树脂道形成的增量表达动态，结合关键合成酶的活性测定和时序变化，分析其功能与诱导性树脂萜类的合成、积聚和释放的动态规律的相关性，探讨诱导性树脂增量表达的机理，进而揭示诱导性树脂对松墨天牛和松材线虫的行为及其相互关系的调节机制，以期阐明松墨天牛成虫取食诱导马尾松基于树脂萜类的防御机制，为从源头上探讨松材线虫的传播扩散机制和致病机理提供思路，也为利用诱导性树脂发展新型的害虫控制措施提供理论依据。

针叶树在长期演化过程中形成了独特的防御系统，而诱导性树脂是针叶树诱导型防御中的一种特异性化学物质。本项目基于协同进化理论，以寄主植物-松墨天牛-松材线虫三者复杂的相互关系及互作机制为研究背景，利用解剖学、分析化学、植物生理学、生物测定以及分子生物学方法，分别从植物的组织学、生理学、生物化学和分子生物学角度研究了松墨天牛成虫取食诱导寄主植物基于树脂萜类的化学防御反应及其机理，研究观察了创伤性树脂道解剖学特征及动态变化规律，测定了寄主植物诱导型防御体系中特有的树脂萜类的增量表达及其调控作用，明确了诱导性树脂增量合成、积聚和释放规律，分析了异戊烯转移酶和萜类合酶基因的诱导表达及功能特征，诱导性树脂对松墨天牛幼虫生长发育及松材线虫繁殖行为、生长的影响。结果表明：松墨天牛成虫接种于马尾松苗木后，6天开始出现皮层细胞分化，创伤性树脂道开始发生，15天后树脂道中出现创伤性树脂，45天创伤性树脂道发育成熟；伴随着创伤树脂道的形成，木质部中的单萜、倍半萜、双萜的含量都呈现出动态的增加过程，单萜和双萜含量均在处理后18d达到6.33 mg/g和73.96mg/g，倍半萜含量在处理后3d达到最高值 1.00mg/g；韧皮部中的各种萜类变化相对复杂，其中单萜的含量的最高值为7.86mg/g，与木质部最高含量差异显著。倍半萜最高含量为1.37mg/g，与对照差异不明显。其中韧皮部中单萜总量增加2.2倍，木质部中增加1.7倍，倍半萜含量均增加2.7倍；双萜含量在韧皮部中增加6.6倍，木质部中增加3.1倍。说明松褐天牛取食诱导寄主植物的萜类增量表达。GC-MS方法鉴定出单萜有16种，倍半萜11种，双萜8种。不同萜类的合成量在不同分布部位具有较大差异，如韧皮部中的单萜α-蒎烯、β-蒎烯分别增加1.7倍和2.1倍，木质部中分别增加1.8倍和2.1倍；倍半萜石竹烯分别在木质部和韧皮部增长3.3倍和2.5倍，长叶烯增长了2.1倍和4.3倍；双萜脱氢枞酸含量在木质部和树皮中分别增加37.5倍和7.7倍。表明松墨天牛成虫取食诱导寄主植物在组织解剖学和生理学上的一致性。利用转录组测序获得了14个与萜类合成的相关基因，荧光定量检测显示单萜、倍半萜及双萜合成酶基因表达量均在诱导后出现先增加后下降的时序性变化，其结果与转录组测序结果相吻合。诱导性树脂表现出对松墨天牛幼虫生长发育的延缓作用，抑制松材线虫的繁殖和存活。