虫瘿形成过程中五倍子蚜与盐肤木的蛋白质相互作用研究

Organism physiological activities are mainly controlled and modulated by proteins in their cells. The research of protein-protein interactions is the key for reveal the molecular mechanism and regulation network of growth and development of organisms under biotic and abiotic stresses. Chinese gallnuts are formed by the cell hyperplasia of Rhus trees which are stimulated by the gall aphid feeding. They are rich in tannin acid and have been widely used for chemical and medicine purposes in China. The aphid-sumac-gall system of horned-gall which has high economical value and evolutional significance was selected to detect protein-protein interactions on the process of gall formation by Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, proteomics and real-time fluorescence quantitative PCR analysis. The main purpose is exploring the functions and compositions of the salivary proteins of horned gall aphid, Schlechtendalia chinensis. These proteins may interact with the plant proteins while they are inserted to the leaf tissues during aphid feeding and are regarded as effector of gall formation. The results of our study may benefit to enhance the research of insect-plant interaction and insect gall formation mechanism. All of our works can provide scientific basis for increasing the yield of Chinese gallnuts.

生物的生理活动主要是通过细胞中的蛋白质进行控制和调节。蛋白质相互作用的研究，是揭示生物体生长发育及应对各种生物和非生物协迫的分子机制及其调控网络的重要途径。五倍子虫瘿是由倍蚜在盐肤木上取食，刺激叶组织细胞增生膨大而形成，其主要成分为五倍子单宁，是重要的医药和化工原料。本项目以五倍子蚜虫中具有较高经济价值和进化意义的“角倍蚜-盐肤木-虫瘿”为研究对象，采用液相色谱-质谱联用分析（LC-MS/MS）、蛋白质组学和实时荧光定量PCR技术，结合蚜虫接种试验，研究虫瘿形成过程中角倍蚜通过取食注入盐肤木内的效应蛋白及其与盐肤木蛋白间的相互作用关系，研究结果有助于深入理解倍蚜与盐肤木间特殊的取食与防御策略，揭示倍蚜效应蛋白与盐肤木相关蛋白互作、调节和改变寄主植物生长并形成虫瘿的分子机制，为开辟五倍子产量提高的新途径提供科学依据。

蚜虫唾液在蚜虫与寄主植物的相互作用过程中具有关键作用。五倍子是由倍蚜在盐肤木上取食，刺激叶组织细胞增生膨大而形成的虫瘿，其主要成分为五倍子单宁，是重要的医药和化工原料，具有较高的经济价值。本项目以五倍子蚜虫中具有较高经济价值和进化意义的“角倍蚜-盐肤木-虫瘿”为研究对象，采用液相色谱-质谱联用分析（LC-MS/MS）、蛋白质组学和实时荧光定量PCR技术，研究倍蚜唾液蛋白及其功能，取得如下创新性结果：.（1）从倍蚜唾液腺中鉴定出唾液蛋白141个、唾液中鉴定出唾液蛋白31个、虫瘿组织中鉴定出唾液蛋白11个；其中，唾液腺和唾液中有17个共有蛋白，唾液腺和虫瘿组织中有2个共有蛋白，唾液腺、唾液和虫瘿组织中有1个共有蛋白，证实了倍蚜唾液蛋白在唾液腺中合成和贮存，通过取食随唾液注入植物，刺激植物组织增生，并在瘿内取食持续注入虫瘿组织的过程。.（2）绘制了角倍蚜染色体水平基因组图谱，获得角倍蚜基因组大小为280.43 Mb，编码14,089个蛋白，结合多组学分析鉴定到的141个唾液蛋白，发现在倍蚜生活史中的6个虫态中，干母阶段高表达的有14个，进一步的检索和功能注释表明其中6个与抑制植物防御作用以及虫瘿的形成有关。进化分析表明角倍蚜与其他蚜虫的亲缘关系密切，且角倍蚜与苹果绵蚜具有共同的祖先，与这2个种能诱导寄主植物组织增生并形成虫瘿的特性相一致。.（3）从倍蚜虫瘿组织和寄主植物叶片共鉴定到1453个蛋白，涉及代谢通路61个，主要包括：核糖体、糖酵解/糖异生、淀粉、丙酮酸和蔗糖代谢通路等；其中正常虫瘿与叶片的差异蛋白839个、正常虫瘿与中途去虫虫瘿的差异蛋白120个、中途去虫虫瘿与叶片的差异蛋白764个，表明虫瘿与叶片在蛋白质差异在中途去除蚜虫后显著降低，证明蚜虫的持续刺激与蛋白质组成差异密切相关，提示这部分差异蛋白可能为虫瘿形成和发育的关键蛋白，深入分析这些差异蛋白的功能和通路，是探索倍蚜致瘿机理的关键。