唾液蛋白exportin-6调控灰飞虱取食水稻的分子机制
批准号:
32102207
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
卢虹
依托单位:
学科分类:
农业昆虫学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
卢虹
中文摘要
刺吸式昆虫的唾液蛋白是调控植物防御反应的主要效应因子。灰飞虱是水稻上的重要害虫,通过取食和传播病毒导致水稻严重减产,而对灰飞虱唾液蛋白的功能和作用机制仍缺乏足够的认识。本项目拟深入研究一个新的唾液蛋白exportin-6对灰飞虱取食水稻的作用及机理。研究内容包括三部分:通过唾液、唾液腺和血淋巴的免疫分析及各组织的表达分析,明确exportin-6的表达和分泌是否具有组织特异性;结合昆虫RNA干扰、水稻双链小RNA过表达和基因过表达技术研究exportin-6对灰飞虱取食和生存的影响;比较过表达exportin-6转基因水稻和野生型水稻的基因表达差异,明确exportin-6通过调控水稻哪些抗性通路而影响灰飞虱对水稻的适应性。研究成果不仅揭示唾液效应因子介导昆植互作领域新的分子机制,阐明exportin家族核转运以外的新功能,而且为未来开发新的飞虱防控技术提供理论依据。
英文摘要
Saliva proteins are main effectors of piercing-sucking insects in regulating plant defense reaction. The small brown planthopper is one of predominant pest insects in rice and causes serious reduction in rice production due to feeding and transmission of rice viruses. The roles and functional mechanisms of saliva proteins from small brown planthoppers are far from well known. In the present program, we will work on a new saliva protein of small brown planthoppers, exportin-6, to explore its role in affecting insect feeding on rice and the underlying mechanisms. The contents of this study include clarifying the expression of exportin-6 in different organs and the secretory characteristics using immunoblot on saliva, salivary glands and hemolymph; exploring the effects of exportin-6 on feeding and survival of planthoppers by insect RNAi and the transgenic rice expressing double-stranded RNAs or proteins of exportin-6; and finding the defense pathways regulated by exportin-6 through the transcriptomic analysis on gene expression variations between the exportin-6 transgenic and wild rice. The research outcome will not only elucidate new mechanisms of effector-mediated interaction between insects and host plants and new functions of exportin family apart from the nucleus transportation, but also provide a theorical basis for developing new techniques for control of planthoppers.
刺吸式昆虫的唾液蛋白是调控植物防御反应的主要效应因子。灰飞虱是水稻上的重要害虫,通过取食和传播病毒导致水稻严重减产,而对灰飞虱唾液蛋白的功能和作用机制仍缺乏足够的认识。本项目深入研究了一个新的唾液蛋白exportin-6对灰飞虱取食水稻的作用及机理。首先,通过唾液、唾液腺和血淋巴的免疫分析及各组织的表达分析,明确exportin-6的表达和分泌是否具有组织特异性。结果显示灰飞虱exportin-6在六种不同组织(脑、唾液腺、消化道、卵巢、精巢和脂肪体)均有表达,但主要分布于脑和唾液腺中。通过制备exportin-6的多克隆抗体结合免疫电镜技术分析其在灰飞虱唾液腺内的细胞定位情况。电镜结果显示灰飞虱exportin-6存在于唾液腺的多囊泡体的腔内囊泡中,可能以外泌体的方式分泌到唾液中。随后结合昆虫RNA干扰、水稻双链小RNA过表达和基因过表达技术研究exportin-6对灰飞虱取食和生存的影响。结果显示exportin-6 的干扰并未显著影响灰飞虱的存活率和取食行为。然而,唾液蛋白不仅影响昆虫取食寄主植物,也可以影响昆虫传播病毒。我们后续发现RSV病毒粒子可以被包裹于外泌体中,能够传播至水稻引起病症。唾液蛋白exportin-6通过结合分选蛋白VPS37a被运送进唾液外泌体中,同时,它作为一个“桥梁”,通过与RSV衣壳蛋白直接互作,将RSV病毒粒子输入唾液外泌体中,实现病毒从媒介昆虫唾液腺到植物的水平传播。Exportin-6既是唾液蛋白,又充当病毒转运的载体,在不影响昆虫存活和取食的情况下,帮助病毒克服了其跨昆虫唾液腺水平传播的障碍。Exportin-6作为控制虫媒病毒爆发的重要靶标,为开发控制媒介传毒的新技术和新产品奠定了基础。研究结果以第一作者身份发表在国际权威杂志PNAS、Plant Biotechnology Journal、Frontiers in Microbiology,并在Faculty Opinions上获得同行专家推荐。
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