烟粉虱操纵虫害诱导挥发物干扰邻近植物防御反应的机制

Herbivore-induced plant volatiles play an important role in plant-herbivore and plant-plant interactions. The whitefly Bemisia tabaci Q is a major invasive pest worldwide, our previous studies found that B. tabaci Q can suppress the herbivore-induced tomato volatiles and interfere with the anti-herbivore defense of the neighboring healthy tomato plants, however the mechanism is not clear. Based on these results, this study intends to use the methods of insect behavior, chemical ecology and molecular biology to study the effect of herbivore-induced tomato volatiles manipulated by B. tabaci Q on the defense signaling molecule, secondary metabolites contents and related anti-herbivore gene transcription of neighboring tomato plants, and compare the host selection, oviposition preference and feeding behavior of B. tabaci Q on the neighboring tomato plants. We also use mutant tomato plants to elucidate the regulatory role of jasmonic acid and salicylic acid signal pathways in the anti-herbivore defense of neighboring tomato plants, and clarified the mechanism of plant volatiles manipulated by B. tabaci Q interfere with defense response of neighboring plants. The results will expand our understanding of evolution of plant defenses and the knowledge of plant-herbivore interactions, and provide a theoretical basis for exploring new strategies and ideas for pest control.

虫害诱导挥发物在植物-植食性昆虫以及植物-植物互作关系中起着至关重要作用。Q烟粉虱是世界性的重大入侵害虫，申请者前期研究发现Q烟粉虱能够通过操纵虫害番茄挥发物干扰邻近健康番茄的抗虫防御，然而其作用机制尚不清楚。本项目拟在此基础上，采用昆虫行为学、化学生态学及分子生物学的技术与方法，深入研究Q烟粉虱操纵虫害番茄挥发物对邻近番茄防御反应信号分子、次生抗虫物质含量和防御性抗虫基因转录的影响，以及对邻近番茄上Q烟粉虱寄主选择和取食行为的影响，并利用突变体番茄阐明茉莉酸和水杨酸信号路径在虫害番茄挥发物影响邻近番茄抗虫防御中的调控作用，从而揭示Q烟粉虱操纵虫害诱导挥发物干扰邻近植物防御反应的机制。研究结果有助于深入理解植物防御反应的进化机制，拓展对植物-植食性昆虫互作关系的认识，并为探索害虫防控新策略提供理论依据。

虫害绿叶挥发物在诱导健康植株抗虫防御反应中发挥着重要的作用。本项目研究发现，烟粉虱取食番茄植株后能够特异性的诱导绿叶挥发物顺-3-己烯醇（Z-3-Hexenol, Z-3-HOL）的释放。通过模拟单一挥发物组分的释放，发现烟粉虱取食诱导的Z-3-HOL处理健康番茄植株，能够显著降低烟粉虱在番茄植株上的生长发育和繁殖；同时，显著增强烟粉虱取食诱导的挥发物释放，吸引烟粉虱的天敌丽蚜小蜂，并增强其对烟粉虱若虫的寄生率。另外，Z-3-HOL处理番茄植株还能够显著抑制烟粉虱传播番茄黄化曲叶病毒（Tomato yellow leaf curl virus, TYLCV）。研究发现，Z-3-HOL处理番茄植株增强了茉莉酸（Jasmonic acid, JA）信号通路合成基因以及烟粉虱取食诱导的水杨酸（Salicylic acid, SA）信号通路合成基因的转录水平。利用化学诱导剂、转基因和突变体番茄植株，我们证实了JA的诱导降低了带毒烟粉虱的寄主定位和病毒接种，SA的诱导降低了烟粉虱对TYLCV的传播能力。进一步的研究还发现，诱导的SA激活了番茄植株细胞壁蔗糖酶基因Lin6的表达和下游的糖信号。利用病毒诱导的基因沉默技术，我们证实了Lin6基因介导的糖信号参与了Z-3-HOL诱导的虫害番茄植株胼胝质的合成，并抑制烟粉虱传播的TYLCV对番茄植株的感染。此外，Lin6基因诱导了番茄胼胝质合成酶基因Cals12的表达，使其快速合成胼胝质并增强番茄植株对TYLCV感染的抗性。本研究有助于增强对虫害挥发物诱导植物防御启动的理解，拓展对植物-烟粉虱协同进化关系的认识，并为探索利用植物挥发物的诱导防御特性开展烟粉虱及其传播病毒的综合治理提供理论依据。