茶树在遭受食草昆虫取食时,其防御相关代谢物成分和相关基因的表达会发生很大的变化,进而以此来响应虫害。茶尺蠖(Ectropis oblique)是一种对茶树危害最为严重的害虫之一,它主要取食茶树的叶片和嫩茎,进而导致茶园减产、茶叶品质降低。
茶树品种‘Pingyang Tezao’和‘Shangmeizhou’是两个已知的茶尺蠖敏感(SG)和抗性(RG)品种。在本研究中,作者以4年生的这两个品种幼苗为材料,在温室正常培养2周后进行接虫实验:20头4龄茶尺蠖幼虫饥饿8小时后均匀放养在茶苗的新梢一芽二叶上,在叶片被取食25-35%左右时把虫移走。在取食处理后6小时进行取样,未接虫的作为对照,其中3个生物学重复用于RNA-seq,8个生物学重复用于代谢组分析。其中代谢组的32个样品(2个品种、2种处理、8个生物学重复)利用UPLC-Q-TOF-MS和GC-MS法分析。
RNA-seq从两个品种中获得14260个差异表达基因,在茶尺蠖取食后,敏感品种中碳水化合物类、氨基酸类相关代谢途径被激活,而抗性品种中苯丙烷、萜类合成相关通路基因更多被诱导表达;蛋白互作网络显示6个转录因子基因、33个蛋白激酶基因很可能是增强茶树抵御茶尺蠖取食的潜在候选基因。
代谢组分析从两个品种中检测到4732种代谢组分,其中抗性品种和敏感品种中分别有75和74种差异表达代谢物;在遭受茶尺蠖取食后两个品种中的参与类黄酮途径的代谢物都得到显著富集,而茉莉酸(JA)作为一种能够触发植物防御响应虫害的重要激素,在抗性品种中显著被诱导,并且参与JA合成的相关基因也都上调表达;在抗性品种遭受茶尺蠖取食后果糖水平显著抑制,而在敏感品种中显著诱导;并且在敏感品种中,无论是对照还是虫害处理都积累了大量的水杨酸(SA)和茶氨酸;综合表明在抗性品种中JA信号途径能够激活茶树对茶尺蠖取食的响应,而敏感品种中大量的SA抑制了JA信号,进而误导茶树不启动虫害防御响应,此外,敏感品种中积累的果糖和茶氨酸又刺激着虫害取食。
责任编辑:千鹤茶苗