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小黑杨(Populus simonii×P.nigra)是三北地区重要的绿化树种,也是北方防风林主要树种,有良好的防风固沙作用。舞毒蛾(Lymantria dispar)是世界性森林害虫,分布广、食性杂,给林业生产造成巨大的经济损失。因此,探究小黑杨与舞毒蛾之间的互作机制,挖掘小黑杨抗舞毒蛾取食功能基因,为舞毒蛾的有效防治以及抗虫品种的育种提供依据,在理论和实践方面均有重要意义。本文利用转录组和代谢组分析小黑杨响应舞毒蛾取食和机械损伤的差异表达基因和代谢产物,并进一步测定了关键差异基因表达量以及相关酶活性,具体研究结果如下:1、利用BGISEQ-500高通量测序平台构建舞毒蛾取食处理和机械损伤处理的小黑杨叶片转录组文库。测序获得获得62.43 Gb数据,经过过滤和质量检测后,组装共得到70116条Unigene,平均长度1567 bp。将Unigene在公共数据库进行注释,最终分别有62326(NR:88.89%)、47332(SwissProt:67.51%)、49093(KOG:70.02%)、48222(KEGG:68.77%)、47802(GO:68.18%)以及 48414(Pfam:69.05%)个 Unigene 获得功能注释。通过对差异表达基因进行比较分析,发现舞毒蛾取食组和对照组之间,差异表达基因数目最多(12152个),而舞毒蛾取食组和机械损伤处理组以及机械损伤处理组和对照组之间差异基因(DEGs)的数量仅分别有7935个和6440个,这些差异基因根据GO功能注释,其中,分子功能中注释到的Unigene基因最多,138372个,其次是生物学过程(105094个),最后是细胞组成部分(82586个)。并筛选出3666个与舞毒蛾取食特异性相关的差异基因和1171个与机械损伤特异性相关的差异基因。2、基于LC-MS非靶向代谢组学方法研究舞毒蛾取食和机械损伤处理的小黑杨叶片代谢产物的种类及其含量变化。采用XCMS软件对代谢物离子峰进行提取,检测到正离子峰有9108个,负离子峰有7656个。通过主成分分析(PCA)结合T-test单变量统计方法进行分类判别和筛选,通过代谢物在第二主成分(PC2)贡献度排序,筛选出与取食特异性差异代谢物:泛醌(37.62倍)和升麻甙(53.89倍),以及与机械损伤特异性相关的差异代谢物:对苯二酚葡糖苷(59.9倍)、异长春花苷内酰胺(2.17倍)。3、通过组合转录组中筛选出的差异基因与代谢组中筛选出的差异代谢物,根据KEGG代谢通路的分析,这些差异基因主要富集在苯丙素生物合成代谢通路(ko00940)和类黄酮生物合成途径通路(ko00941)通路。其中,包括38个富集到苯丙素生物合成代谢通路(ko00940)和30个富集到类黄酮生物合成途径通路(ko00941)相关差异基因,共有52和45个差异基因分别在舞毒蛾处理组和机械损伤处理组中上调表达。此外,舞毒蛾取食对小黑杨肉桂酰辅酶A还原酶基因(CCR-1、CCR-2)、二氢黄酮醇4-还原酶基因(DFR)、黄烷酮-3-羟化酶基因(F3H)、黄酮醇合成酶基因(FLS)、无色花青素还原酶基因(LAR)、查尔酮合成酶基因(CHS-1、CHS-2)、过氧化物酶基因(POD)和肉桂醇脱氢酶基因(CAD)表达量的影响主要表现为显著诱导上调,而对无色花青素还原酶基因(LAR)和肉桂醇脱氢酶基因(CAD)主要表现为抑制下调。舞毒蛾取食处理与机械损伤处理对小黑杨CCR、DFR、FLS、CHS、POD和CAD活性均表现为诱导作用。舞毒蛾取食处理组中CHS与DFR活性变化最为显著,分别为对照组的6.91和5.56倍,机械损伤处理组中DFR与FLS活性变化最为显著,分别为对照组的2.30和2.31倍。舞毒蛾取食和机械损伤均能诱导CCR、DFR、FLS、CHS、POD和CAD酶活性增加,FLS和LAR酶活性在取食处理与机械损伤处理后无明显变化。这些研究结果表明,小黑杨苯丙素生物合成代谢通路(ko00940)和类黄酮生物合成途径通路(ko00941)中相关合成酶及其基因参与应对舞毒蛾取食处理以及机械损伤处理的防御反应,研究结果丰富了小黑杨抗虫性功能研究,为舞毒蛾的防治和林业工程选育抗虫品种提供理论依据和新途径。