松材线虫繁殖力和致病性的差异形成及其分子基础

【摘要】松材线虫作为外来入侵物种,对中国以及世界上很多国家林业造成了严重的危害,然而其在原产地北美却没有造成大面积伤害。松材线虫入侵进入新的环境,必然会发生适应性进化。本论文研究发现：松材线虫在入侵进入中国后,在表型繁殖力和致病性上均显著性增强；在转录水平上与美国松材线虫地理种群对比,中国松材线虫地理种群超氧化物歧化酶sod-3基因表达显著上调,并且发现中国地理种群sod-3基因DNA序列比美国地理种群的长(内含子位置增长894bp)。在对中国、美国、日本多地种群的sod-3基因电泳时同样发现sod3基因内含子差异的现象。因此推测松材线虫在入侵过程中,由于环境的变化,基因发生了变异,对转录水平进行调控,进而对表型进行调节,从而有利于入侵。研究结果如下：1.培育松材线虫的近交系,为研究外来入侵种松材线虫的遗传学奠定了基础,并发现中国地理种群繁殖力显著高于美国地理种群。本实验选择了中国浙江舟山松材线虫种群和美国宾夕法尼亚州松材线虫种群为研究对象,通过单对繁殖培育了近交系,并比较了近交系培育前后种群繁殖力的差异。实验结果：美国宾夕法尼亚州松材线虫种群近交系培育得到8个株系,中国浙江舟山松材线虫种群近交系培育得到4个株系,连续近交对松材线虫的繁殖力未造成显著影响。其中,在近交系培育前后,中国浙江舟山松材线虫种群株系群体繁殖力均优于美国宾夕法尼亚州松材线虫种群。此近交系的培育为进一步研究松材线虫入侵的遗传机制奠定了基础。2.对中国和美国地理种群进行的野外致病力实验发现,中国地理种群的致病力显著高于美国地理种群,在药物作用下也表现出致病力的不同。采用美国宾夕法尼亚州松材线虫种群和中国浙江舟山松材线虫种群的近交系,分别加以过氧化氢(H2O2)100mM,百草枯(PAR)100mM,抗坏血酸(ASA)200mM三种药物对野外黑松进行致病力实验,实验结果表明中国浙江舟山松材线虫种群近交系的致病力比美国宾夕法尼亚松材线虫种群的强,200mMASA对于松材线虫的致病力有一定的减弱作用；H202对松材线虫有毒性,其致病性虽有减弱,但是与中国浙江舟山松材线虫种群对比,美国宾夕法尼亚州松材线虫种群几乎丧失了致病力；而在百草枯作用下,松树均同时死亡,与松材线虫无相互作用关系。本实验说明在H202作用下,美国宾夕法尼亚州松材线虫种群和中国浙江舟山松材线虫种群的致病力表现出显著性的差异。3.对中国和美国地理种群松材线虫进行繁殖力,抗性相关途径TGF-β信号通路,insulin信号通路和活性氧(ROS)信号通路转录水平分析,发现中国和美国地理种群松材线虫在活性氧信号通路表现出显著性差异。对美国宾夕法尼亚州松材线虫种群和中国浙江舟山松材线虫种群的近交系对TGF-β信号通路基因daf-2、daf-12、daf-16,insulin信号通路基因daf-1、daf-7、daf-8以及活性氧(ROS)信号通路基因sod-1、sod-3、gpx-1、cat进行cDNA实时定量PCR发现,TGF-β信号通路基因daf-2、daf-12、daf-16,insulin信号通路基因daf-1、daf-7、daf-8并没有显著性的差异,而对ROS信号通路基因sod-1、sod-3、gpx-1、cat进行cDNA实时定量PCR发现,中国浙江舟山松材线虫种群的sod-3基因过表达,然而下游的过氧化氢酶基因(cat基因)反而有所下调,最终会引起H202的积累,有利于其对宿主造成伤害而成功入侵。4.对中国,日本,美国多地理种群的sod-3和cat基因组DNA进行电泳分析,发现中国和日本的地理种群比美国多地理种群的sod-3基因序列长。对代表性的美国宾夕法尼亚州松材线虫种群和中国浙江舟山松材线虫种群的sod-3基因进行DNA和cDNA的测序,发现二者在cDNA水平上仅有个别碱基的差异,在氨基酸水平上没有差异,而在DNA水平上,中国浙江舟山松材线虫种群的sod-3基因比美国宾夕法尼亚州松材线虫种群的长894bp,而这894bp均处于内含子区间,这一段内含子是多个反向重复序列构成,而对于其功能尚不明确,有待进一步研究。
【作者】张伟；
【导师】孙江华；
【作者基本信息】安徽大学，生态学，2014，硕士
【关键词】松材线虫；近交系；繁殖力；致病力；超氧化物歧化酶；

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