柑橘全爪螨生防真菌的评估及Bbzwn9菌株的防控效果

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柑桔全爪螨Panonychus citri是一种严重威胁柑橘产业的害螨。因其发育历期短、繁殖力强,柑桔全爪螨已对多种杀螨剂产生抗性。田间害螨防控包括化学、生物和物理机械等方法,而柑桔全爪螨防控最常用的是化学防治,如灭螨醌、苯丁锡、噻螨酮、精油、哒螨灵、螺螨酯、唑螨酯等广泛应用于田间柑橘全爪螨防控。然而,这些化学药剂的使用不仅带来了严重的抗性问题,而且也造成了严峻的环境污染问题。因此,当前害螨防控聚焦于生物防治方法,其中捕食螨和生防菌(entomopathogenic fungi,EPF)在田间逐步应用。捕食性螨应用过程中面临一系列问题,如物种和品种的筛选、真菌和杀虫剂(如甲氨基阿维菌素苯甲酸盐、雷皮菌素和螺虫乙酯等)的威胁,大规模生产和田间释放相关技术的不成熟等问题。相比之下,生防菌应用于柑桔全爪螨的防控或许更有优势。基于此,本学位论文以柑桔全爪螨为研究对象,在15个生防菌株毒力测定的基础上,鉴定出毒性最强、杀螨效果最好的是菌株Bbzwn9,并明确其侵染过程。在此基础上,利用转录组测序技术,筛选了柑橘全爪螨响应高毒力菌株Bbzwn9侵染的差异表达基因。该研究结果不仅为柑桔全爪螨和生防菌互作提供了参考信息,同时也为昆虫病原真菌的防控应用奠定了理论与实践基础。主要研究结果如下:1生防菌对柑桔全爪螨的毒力评估1.1 15种生防菌的筛选与鉴定利用喷雾法测定了15个生防菌菌株对柑桔全爪螨的毒力,其中Bbzwn9毒力最强,在10~7和10~8个孢子/m L浓度下处理8天后,柑桔爪螨的累计死亡率可达80%以上;处理8天的LC50为0.53×10~6个孢子/m L。生防菌Bbzwn9侵染需要较高的相对湿度>70%。此外,我们发现柑桔全爪螨的死亡率与生防菌的菌丝生长发育无关,但与其菌落特性可能存在一定关联。最后,通过形态学和分子鉴定,确认Bbzwn9是一种类似名为Lecanicillium attenuatum(渐挟蜡蚧菌)的真菌(已报道用于蚜虫的防控)。1.2 Bbzwn9菌株的毒力检测与效果评估利用科赫法则,系统观测了Bbzwn9菌株在柑桔全爪螨不同发育阶段、不同寄主上杀螨活性的差异及在玉米培养基上的存活时间。相比于其他从螨体分离的真菌,Bbzwn9的杀螨活性最强。对Bbzwn9在柑桔全爪螨不同发育阶段的杀螨效果分析发现,该菌对柑橘全爪螨成螨毒力最强,卵期最弱;26℃下,Bbzwn9对各发育阶段的杀螨活性均显著高于22℃。在10~7个孢子/m L处理下,LT50是4.8天。此外,不同寄主(柑桔和大豆)影响生防菌的防效。在低温(大约4℃),黑暗条件下,Bbzwn9在玉米培养基上能存活一个月以上甚至更久。1.3 Bbzwn9对柑桔全爪螨的侵染过程观察采用二乙酸荧光素(FDA)、冷冻切片、乳酚棉蓝(LPCB)法探究了Bbzwn9在柑桔全爪螨雌成螨和卵期连续5天的侵染过程。在雌成螨中,Bbzwn9处理两天后孢子萌发长出菌丝,三天后菌丝侵入螨表皮。但在卵上该侵染过程未观察到,分析由于成螨与卵的构造如角质层的不同所致。此外,利用特异性引物检测Bbzwn9侵染后螨体内菌丝含量(菌丝DNA量)发现,随着侵染时间延长,螨体Bbzwn9 DNA含量越高,但处理卵后未发现类似现象。2柑桔全爪螨响应Bbzwn9侵染的差异表达基因及免疫基因挖掘2.1转录组文库构建通过Illumina测序分析Bbzwn9侵染处理前后(control、1、2、3和4天)柑桔全爪螨的差异表达基因。转录组测序共获得11,041条序列;鉴定得到983条新基因其中412条获得COG、GO、KEGG、KOG、Pfams、Swiss-Prot、egg NOG或Nr注释。GO通路分析发现,分布于结合与催化活性通路上的基因最多。GO通路分析显示,12.5%注释基因在碳水化合物的运输和代谢通路中富集。KEGG通路分析发现,碳的合成代谢通路基因富集最多。此外,差异表达基因分析发现,所有处理组中下调基因数量明显多于上调基因,且处理4天后柑桔全爪螨的上、下调差异表达基因数目最多(变化数量是处理1天的2倍多),处理2天的最少。2.2柑桔全爪螨免疫相关基因分析剔除Nr数据库中注释为假设或未知蛋白且相对表达量FPKM<1的基因。上调基因的Nr注释分析发现,未知蛋白基因大都是在1-4天共有差异表达基因及在1、2、3、4天侵染后表达量最高的基因。参考与昆虫免疫系统相关的信号转导、受体活性和信号通路基因作为筛选柑桔全爪螨免疫相关基因的标准。最终筛选出12个跟免疫有相关的基因:EVM0010587(NPY6R)、EVM0008503(Glu Cls)、EVMOOOO112(IGFALS)、EVM0004680(MYO313)、EVM0009298(HR3)、EVM0010387(CPG-2)、EVM0002854(NGB)、EVM0008239(Apo-D)、EVM0007645(CHPT1)、EVM0009824(CDK5)、EVM0007006(AGMO)、and New gene 1359(Cytochromb)。此外,还有大量的结合功能基因,其中一些具有水解酶活性功能的基因在侵染后显著变化。除信号转导、受体活性和信号传导途径通路基因外,结合和水解酶活性功能基因也可能与柑桔全爪螨的免疫相关。研究结果为进一步针对柑桔全爪螨的生物防治(EPF)策略的制定提供了基础信息。
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