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朱砂叶螨Tetranychus cinnabarinus是一种重要的农业害螨,通常在植物叶片背面进行为害,造成植物叶片斑驳、黄化、致使光合作用能力下降。叶螨具有发育历期短、繁殖速度快、世代重叠严重等特点,在适宜条件下,极易迅速蔓延为害。在长期进化过程中,植物为抵御植食性节肢动物的为害,会通过产生有毒次生代谢物、富集环境中的元素或物质、产生挥发性气味物质吸引天敌等方式避免受害。硒（Se）是生物体生长发育至关重要的微量元素之一,常常通过植物根系细胞中硫的转运途径进入植物体内。研究发现,当植株体内的硒含量达到一定水平时,会对植食性节肢动物产生趋避与毒害作用。因此,对被取食的植物而言,便形成一种通过硒元素介导的防御植食性节肢动物为害的能力。另一方面,在协同进化过程中,节肢动物也会对植物的硒防御产生适应性,可在高硒植物上正常生长、繁殖。在生理机制层面,植食性节肢动物适应植物硒防御的方式,主要是将无机硒转化成有机硒,并以甲基硒代半胱氨酸的形式储存在体内。害虫、害螨是为害农作物的重要节肢动物。然而,目前关于害虫、害螨适应植物硒防御的研究大多是现象和生理机制层面的阐述,对分子机制的研究还很少。本研究旨在揭示朱砂叶螨适应植物硒防御的分子机制,为开发新的叶螨防控方法提供理论依据。主要研究结果如下:1.朱砂叶螨响应植物硒防御关键基因筛选使用0、5、20、50、200μM的亚硒酸钠溶液对豇豆Vigna unguiculata幼苗灌根处理5天,随后用微波消解法变温消解豇豆叶片样品,利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测样品的总硒含量。结果发现,当处理溶液浓度达到20μM时,豇豆叶片的总硒含量达到饱和,不再增加。因此,实验选择20μM的浓度作为后续实验的处理浓度。利用转录组测序技术检测朱砂叶螨响应植物硒防御的基因,共获得287条差异表达基因,其中188条下调差异基因以及99条上调的基因。通过基因本体（GO）、生物同源蛋白簇（COG）数据库对差异表达基因功能聚类分析,发现大多数差异基因都与代谢相关。结合文献报道,进一步分析,筛选出1条显著上调表达的谷胱甘肽硫转移酶基因（GSTd07）,推测其很可能与朱砂叶螨适应植物硒防御相关。2.GSTd07基因克隆及分析通过对朱砂叶螨体内GSTs酶活性的分析,发现与朱砂叶螨对照品系相比,短期硒处理品系的GSTs酶活性显著增加了25.96%,表明GSTs可响应植物硒防御。其次,利用基因克隆技术,成功获得朱砂叶螨GSTd07基因的cDNA全长序列。通过序列分析发现GSTd07基因编码218个氨基酸,预测的蛋白分子质量为24.27 kDa,没有信号肽,没有跨膜结构,符合胞质GSTs的特点。3.GSTs基因的表达水平分析及组织定位采用实时荧光定量PCR（qPCR）技术对GSTd07基因的表达水平进行检测,其相对表达量与转录组测序的差异表达基因（DEGs）分析结果一致,即GSTd07表达量显著上调（5.09倍）。比较长期硒处理品系与对照品系之间的差异发现,长期硒处理品系中GSTd07在mRNA水平也上调表达,进一步确认GSTd07基因响应植物硒防御。采用荧光原位杂交技术,以Cy3标记的特异性探针,对GSTδ家族基因在朱砂叶螨体内的位置进行了追踪,发现GSTδ家族基因的荧光信号在朱砂叶螨的肠道中突显,表明GSTδ家族基因是在朱砂叶螨的肠道内发挥功能。4.GSTd07的RNAi研究采用溶剂提取法,使用乙酸溶剂对朱砂叶螨体内的甲基硒代半胱氨酸进行提取,并利用液相色谱质谱联用仪（LC-MS）对提取液进行分析鉴定。比较朱砂叶螨对照品系与长期硒处理品系,发现在长期硒处理品系的螨体提取物中,含有更多的甲基硒代半胱氨酸,也即就是说长期硒处理品系的螨转化有毒硒的能力增加。另一方面,当沉默GSTd07基因（沉默效率为44.78%）,朱砂叶螨体内甲基硒半胱氨酸的含量降低了46.42%。GSTd07表达量的下降可导致叶螨体内硒适应途径下游的代谢产物甲基硒半胱氨酸含量降低,这也表明,GSTd07参与了朱砂叶螨适应植物硒防御的过程。5.GSTd07蛋白的原核表达及其在叶螨适应植物硒防御中的功能分析为解释GSTd07基因编码的蛋白如何参与朱砂叶螨适应植物硒防御,实验利用原核表达系统获得了活性为1.751μmol/mg pro·min-1的GSTd07重组蛋白。通过对GSTd07重组蛋白在硒适应通路初始反应中的作用探究,发现在亚硒酸钠与还原型谷胱甘肽的反应体系中,添加GSTd07重组蛋白之后,初始反应中两个生成物（氧化型谷胱甘肽与硒代谷胱甘肽）的生成量增加。进一步利用微量热涌动（MST）技术,监测GSTs与两个反应物（亚硒酸钠与还原型谷胱甘肽）的结合过程,结果发现,在GSTd07重组蛋白与GSH的反应体系中,加入亚硒酸钠,能促进GSTs与还原型谷胱甘肽的结合,同时也排除了GSTs的H-site会结合亚硒酸钠的可能性。这一发现阐明了GSTd07编码的蛋白可通过增加与还原型谷胱甘肽的结合,从而催化GSH与亚硒酸钠的反应。综上所述,本研究筛选出了朱砂叶螨响应适应植物硒防御的关键基因GSTd07,确认GSTd07可参与朱砂叶螨体内的硒适应过程,明确朱砂叶螨体内GSTd07对抵御植物硒防御的促进作用。最终得出结论:朱砂叶螨可通过增加肠道内GSTs的表达,催化亚硒酸盐与谷胱甘肽的反应,从而促进叶螨适应植物硒防御。