取食非靶标植物对莲草直胸跳甲消化酶活力的影响

莲草直胸跳甲是入侵杂草喜旱莲子草的专食性天敌,为探究莲草直胸跳甲无法在非靶标植物正常完成生活史的原因,将消化酶作为研究的出发点,探究了莲草直胸跳甲取食喜旱莲子草、莲子草、莙荙、甜菜后体内消化酶活性的变化,同时对比了4种植物的营养物质、次生代谢物质及含水量。结果表明,饥饿时蛋白酶和淀粉酶活力均有提升,取食莲子草以及莙荙对莲草直胸跳甲成虫的蛋白酶活力影响较大;取食甜菜可以提高淀粉酶活力;取食甜菜和莙荙时,纤维素酶活力提升;不同植物中可溶性糖含量最高的是甜菜;含水量、可溶性蛋白以及单宁含量最高的是莙荙,与喜旱莲子草均存在显著差异。相对于寄主植物喜旱莲子草,莲草直胸跳甲在取食非寄主植物时,消化酶活力变化明显,表明莲草直胸跳甲对非靶标植物不太适应。

饥饿及取食不同植物后莲草直胸跳甲消化酶差异表达基因筛选

为探究莲草直胸跳甲Agasicles hygrophila体内与寄主专一性相关的消化酶基因,利用前期构建的转录组数据库筛选差异表达的消化酶基因,采用实时荧光定量PCR检测饥饿及取食喜旱莲子草Alternanthera philoxeroides、莲子草Al.sessilis、甜菜Beta vulgaris、莙荙B.v.var.cicla后莲草直胸跳甲成虫体内差异表达消化酶基因的表达量。结果显示,转录组分析共搜索到221个与消化相关的基因,主要编码脂肪酶和蛋白酶;进一步筛选到编码蛋白酶、脂肪酶和糖酶3大类的26个差异表达的消化酶基因。与取食寄主植物喜旱莲子草相比,取食不同非寄主植物和饥饿处理后莲草直胸跳甲成虫体内消化酶基因表达量发生显著变化。除β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-Gal)基因外,取食不同植物及饥饿处理后莲草直胸跳甲成虫体内4个胰蛋白酶(trypsin,Try)、5个氨肽酶(aminopeptidase,Am)、8个脂肪酶(lipase,Lip)、5个β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,β-Glu)和1个α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase,α-Glu)基因的表达量均显著增加,而2个α-淀粉酶(α-amylase,α-Amy)基因表达量只在取食不同植物后显著增加,在饥饿处理后显著降低。表明莲草直胸跳甲成虫对非寄主植物莲子草、甜菜和莙荙有一定程度的适应,同时对饥饿胁迫也有一定的抵抗能力,而相关的消化酶基因可能参与这些过程。