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小绿叶蝉(Empoasca(Matsumurasca)onukii Matsuda)是茶园主要害虫之一,吸食严重时影响茶叶产量与品质;另一方面,因具熟果香和蜜味而广受消费者喜爱的东方美人茶(Oriental Beauty)则是利用经小绿叶蝉吸食后的茶鲜叶制成。因此,茶树与小绿叶蝉之间的互作独特而复杂。前人关于茶树应对咀嚼式口器害虫为害的防御反应及其抗性机制做了比较深入的研究,但是关于茶树对刺吸式口器害虫的应激反应研究鲜有报道。近年来多组学技术的运用启发了基因和代谢各层面对植物抗虫性的认知,提高了对各种复杂抗性变化分子机制的理解。本研究以机械损伤(Mechanically-damaged,简称MD)、小绿叶蝉吸食(Leafhopper-damaged,简称LD)和未处理叶片(Control,简称CK)为试验样品,运用代谢组学、转录组学和植物激素分析相结合的手段,研究茶鲜叶被小绿叶蝉刺吸后一系列代谢产物及激素的变化,挖掘茶树在与小绿叶蝉互作过程中的差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs),从而在基因、代谢物和信号传导及调控等多个角度揭示茶树响应小绿叶蝉吸食的防御反应,为茶树抗虫研究提供理论依据。主要研究结果如下:1.小绿叶蝉吸食对茶鲜叶代谢谱的影响利用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF MS)对机械损伤、小绿叶蝉吸食以及未处理茶鲜叶进行非靶向代谢组学分析。经过筛选,共鉴定到23种差异代谢物,主要包括黄酮、黄烷醇、黄酮苷、黄烷酮苷、黄酮醇苷、黄酮糖苷、氨基酸、多肽、酚酸、可水解单宁、糖苷香气前体和原花青素。其中,黄烷醇类物质如表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表儿茶素(EC)、3"-O-甲基表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG3"Me)和3"-O-甲基表儿茶素没食子酸酯(ECG3"Me)在LD组显著增加。同时,其他黄酮类化合物包括3种原花青素(表儿茶素没食子酸酯-表没食子儿茶素,表儿茶素-表儿茶素没食子酸酯二聚体和3’-没食子酸酯原飞燕草素A2型)、黄酮(五羟黄酮)、黄酮苷(C-己糖基-芹菜素O-鼠李糖苷)、黄酮醇苷(山奈酚3-O-葡糖基芸香苷)及可水解单宁(甲基6-O-没食子酰-β-D-葡萄糖)也在小绿叶蝉吸食后显著增加。以上结果表明黄酮类化合物在茶树响应小绿叶蝉吸食的应激防御方面起到重要作用。相反,谷胱甘肽(glutathione)及茶氨酸(theanine)含量在小绿叶蝉吸食后呈现下降趋势。通过超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱(UPLC-QqQ MS)对机械损伤、小绿叶蝉吸食以及未处理茶鲜叶中重要的呈味物质进行定量检测。结果表明,不同处理下茶鲜叶的总儿茶素含量为:LD>MD>CK。与CK相比,机械损伤叶片含量显著增加的儿茶素包括EGC和ECG,小绿叶蝉吸食后含量显著增加的儿茶素包括EGCG、EGC、ECG、EC和EGCG3"Me。不同处理下茶鲜叶的总氨基酸含量为:CK>MD>LD。茶叶中含量较高的游离氨基酸如茶氨酸和谷氨酸的含量在小绿叶蝉吸食后呈现下降的趋势。虫咬和机械损伤对茶叶中咖啡碱含量无显著影响。2.小绿叶蝉吸食对茶鲜叶激素的影响利用UPLC-QqQ MS对两种不同处理和未处理茶鲜叶进行激素的测定与分析。结果表明,与CK和MD相比,水杨酸(Salicylic acid,SA)含量在LD中显著增加;与CK相比,茉莉酸(Jasmonic acid,JA)含量在小绿叶蝉吸食后呈现上升趋势;不同处理下的脱落酸(Abscisic acid,ABA)、吲哚乙酸(Indoleacetic acid,IAA)含量相对稳定。SA和JA是植物诱导昆虫防御的重要激素,本研究发现应对小绿叶蝉的取食胁迫中,SA和JA两个激素的信号通路同时被激活。3.小绿叶蝉吸食对茶鲜叶基因表达的影响利用RNA-Seq技术对机械损伤、小绿叶蝉吸食以及未处理茶鲜叶进行转录组测序,比较不同处理下茶叶基因表达的差异。对差异表达基因进行分析发现,与CK相比,LD组和MD组分别有2876(上调1826,下调1050)和588(上调384,下调204)个DEGs。与MD组相比,LD组共有2019个DEGs,其中1395个上调,624个下调。在三组两两比较中,仅有86个基因普遍受调控,而分别有45.5%(1309/2876)和26.0%(153/588)的DEGs仅受小绿叶蝉吸食和机械损伤的调控。将差异表达基因进行KEGG功能分类和富集分析,结果表明,可能与小绿叶蝉吸食诱导抗性有关的基因在“苯丙烷/类黄酮生物合成”、“植物-病原菌互作”、“植物激素信号转导通路”和“角质、脂质和蜡质生物合成”等通路上有显著富集。儿茶素生物合成途径中的关键基因如苯丙氨酸氨裂解酶基因(PAL)、香豆酸辅酶A连接酶基因(4CL)、查耳酮异构酶基因(CHI)、类黄酮3′-羟化酶基因(F3′H)、黄烷酮3-羟化酶基因(F3H)、黄酮醇合成酶基因(FLS)、二氢黄酮醇还原酶基因(DFR)和无色花青素还原酶基因(LAR)在LD组中显著上调,该结果与儿茶素变化趋势一致。此外,参与SA生物合成的关键基因PAL及JA生物合成途径中的关键基因LOX、AOS、OPR和ACX在LD组上调,表明小绿叶蝉的吸食同时激活了SA和JA合成通路,该结果与SA和JA含量的变化趋势一致。值得关注的是,与CK和MD相比,基因TEA008365在LD组中分别上调了21.31和41.20倍。此基因编码脂肪醛脱羰基酶(CER1蛋白),参与蜡质中超长链烷烃的合成,在多种植物抵抗生物和非生物胁迫中发挥重要作用。植物对环境胁迫的响应主要由转录因子(Transcription factors,TFs)调控,因此我们进一步分析了转录因子表达的变化。与CK相比,LD组中发现228个差异表达的TFs,其中153个上调,75个下调。与MD相比,LD组中发现213个差异表达TFs,其中上调138个,下调75个。与LD上调相关的TFs家族主要包括WRKY(24),AR2/ERF(24),bHLH(18),NAC(10)和GRAS(10)。WRKY、AR2/ERF和属于bHLH家族的MYC2转录因子与JA和SA防御信号密切相关,NAC转录因子和GRAS转录因子家族成员NAC90,NAC2,SCL21和SCL33在LD组也被显著上调,可作为调控增强小绿叶蝉抗性的潜在候选因子。最后,我们筛选了13个差异表达基因进行了qRT-PCR验证,结果与RNA-Seq结果相符,说明了RNA-Seq数据的可靠性。综上所述,本研究全面分析了虫咬胁迫下茶鲜叶基因、转录因子、激素和代谢物含量的变化。小绿叶蝉取食导致茶鲜叶在基因表达和代谢谱水平产生了一系列的变化:苯丙烷和黄酮代谢通路的多个基因显著上调,促进了多种黄酮类物质的合成和积累;参与植物与病原菌互作的多个蛋白编码基因显著上调,可能提高茶树对生物胁迫的抗性;参与叶片表皮蜡质合成的基因极显著上调,增强了茶树物理防御的能力。此外,参与植物防御的激素SA和JA信号通路同时被激活,是茶树对小绿叶蝉防御反应中起主导作用的信号分子。此项研究为茶园小绿叶蝉的防治及如何通过调控昆虫与茶树互作从而变害为利,提高茶鲜叶资源的利用及乌龙茶采前处理技术提供理论依据。