Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác định và phân tích khả năng kháng sâu bọ hại đậu tương (Aphis craccivora Koch) trong Medicago truncatula
Tóm tắt
Sâu bọ hại đậu tương (CPA; Aphis craccivora) là loại sâu hại quan trọng nhất của cây đậu tương và cũng gây tổn thất năng suất đáng kể cho nhiều loại cây họ đậu khác như cỏ linh lăng, đậu, đậu gà, đậu lăng, đậu lupin và đậu phộng. Trong nhiều loại cây này, không có khả năng kháng tự nhiên đối với loại sâu hút nhựa này hoặc các gen kháng đã bị vượt qua bởi các kiểu hình CPA mới xuất hiện. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sàng lọc một tập hợp con của bộ sưu tập lõi Medicago truncatula từ Viện Nghiên cứu và Phát triển Nam Úc (SARDI) và xác định khả năng kháng mạnh mẽ đối với CPA trong một dòng M. truncatula mang mã số SA30199, so với tất cả các dòng M. truncatula khác được thử nghiệm. Sinh học khả năng kháng CPA ở cây SA30199 được xác định so với dòng Borung rất dễ bị tổn thương và cho thấy khả năng kháng diễn ra ở mức độ mạch phloem, cần một cây nguyên vẹn và liên quan đến sự kết hợp giữa antixenosis và antibiosis. Phân tích các locus tính trạng định lượng (QTL) bằng cách sử dụng một quần thể F2 (n = 150) từ sự giao phối giữa SA30199 và Borung đã chỉ ra rằng khả năng kháng CPA một phần được điều khiển bởi một locus tính trạng định lượng chính (QTL) trên nhiễm sắc thể 2, giải thích 39% khả năng kháng antibiosis. Việc xác định khả năng kháng CPA mạnh mẽ trong M. truncatula cho phép xác định các yếu tố điều tiết chính và các gen quan trọng trong loài đậu mẫu này nhằm đạt được khả năng kháng CPA hiệu quả, điều này có thể có liên quan đến các loại cây họ đậu khác. Locus được xác định cũng sẽ hỗ trợ việc chọn giống có đánh dấu cho M. truncatula nhằm tăng cường khả năng kháng CPA và có thể là những loài Medicago gần gũi khác như cỏ linh lăng.
Từ khóa
#Medicago truncatula #Aphis craccivora #khả năng kháng #locus tính trạng định lượng #sâu bọ hại đậu tươngTài liệu tham khảo
Dixon AFG: Aphid ecology: an optimization approach.2nd edition.London: Chapman and Hall;1998.
Walling LL: Avoiding effective defenses: strategies employed by phloem-feeding insects. Plant Physiol. 2008, 146: 859-866. 10.1104/pp.107.113142.
Will T, Tjallingii WF, Thonnessen A, van Bel AJE: Molecular sabotage of plant defense by aphid saliva. Proc Natl Acad Sci USA. 2007, 104 (25): 10536-10541. 10.1073/pnas.0703535104.
Blackman RL, Eastop VF: Aphids on the world's crops: an identification and information guide.Chichister: John Wiley & Sons;2000.
Couldridge C, Newbury HJ, Ford-Lloyd B, Bale J, Pritchard J: Exploring plant responses to aphid feeding using a full Arabidopsis microarray reveals a small number of genes with significantly altered expression. Bull Entomol Res. 2007, 97: 523-532.
Kusnierczyk A, Winge P, Jorstad TS, Troczynska J, Rossiter JT, Bones AM: Towards global understanding of plant defence against aphids - timing and dynamics of early Arabidopsis defence responses to cabbage aphid (Brevicoryne brassicae) attack. Plant Cell Environ. 2008, 31: 1097-1115. 10.1111/j.1365-3040.2008.01823.x.
Pegadaraju V, Knepper C, Reese J, Shah J: Premature leaf senescence modulated by the Arabidopsis PHYTOALEXIN DEFICIENT4 gene is associated with defense against the phloem-feeding green peach aphid. Plant Physiol. 2005, 139: 1927-1934. 10.1104/pp.105.070433.
Pegadaraju V, Louis J, Singh V, Reese JC, Bautor J, Feys BJ, Cook G, Parker JE, Shah J: Phloem-based resistance to green peach aphid is controlled by Arabidopsis PHYTOALEXIN DEFICIENT4 without its signaling partner ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1. Plant J. 2007, 52: 332-341. 10.1111/j.1365-313X.2007.03241.x.
Adio AM, Casteel CL, De Vos M, Kim JH, Joshi V, Li B, Juéry C, Daron J, Kliebenstein DJ, Jander G: Biosynthesis and defensive function of Nδ-acetylornithine, a jasmonate-induced Arabidopsis metabolite. Plant Cell. 2011, 23: 3303-3318. 10.1105/tpc.111.088989.
Louis J, Gobbato E, Mondal H, Feys BJ, Parker JE, Shah J: Discrimination of Arabidopsis PAD4 activities in defense against green peach aphid and pathogens. Plant Physiol. 2012, 158: 1860-1872. 10.1104/pp.112.193417.
Pitino M, Coleman AD, Maffei ME, Ridout CJ, Hogenhout SA: Silencing of aphid genes by dsRNA feeding from plants. PLoS One. 2012, 6: e25709-
Bhattarai KK, Li Q, Liu Y, Dinesh-Kumar SP, Kaloshian I: The Mi-1-mediated pest resistance requires Hsp90 and Sgt1. Plant Physiol. 2007, 144: 312-323. 10.1104/pp.107.097246.
Bhattarai KK, Xie Q-G, Pourshalimi D, Younglove T, Kaloshian I: Coi1-dependent signaling pathway is not required for Mi-1–mediated potato aphid resistance. Mol Plant Microbe Interact. 2007, 20: 276-282. 10.1094/MPMI-20-3-0276.
Rossi M, Goggin F, Milligan SB, Kaloshian I, Ullman DE, Williamson VM: The nematode resistance gene Mi of tomato confers resistance against the potato aphid. Proc Natl Acad Sci USA. 1998, 95: 9750-9754. 10.1073/pnas.95.17.9750.
Martinez DeIlarduya O, Xie Q-G, Kaloshian I: Aphid-induced defense responses in Mi-1-mediated compatible and incompatible tomato interactions. Mol Plant Microbe Interact. 2003, 16: 699-708. 10.1094/MPMI.2003.16.8.699.
Li Y, Hill CB, Carlson SR, Diers BW, Hartman GL: Soybean aphid resistance genes in the soybean cultivars Dowling and Jackson map to linkage group M. Mol Breed. 2007, 19: 25-34.
Mensah CC, DiFonzo C, Nelson RL, Wang D: Resistance to soybean aphid in early maturing soybean germplasm. Crop Sci. 2005, 45: 2228-2233. 10.2135/cropsci2004.0680.
Li Y, Zou J, Li M, Bilgin DD, Vodkin LO, Hartman GL, Clough SJ: Soybean defense responses to the soybean aphid. New Phytol. 2008, 179: 185-195. 10.1111/j.1469-8137.2008.02443.x.
Gao L-L, Anderson JP, Klingler JP, Nair RM, Edwards OR, Singh KB: Involvement of the octadecanoid pathway in bluegreen aphid resistance in Medicago truncatula. Mol Plant Microbe Interact. 2007, 20 (1): 82-93. 10.1094/MPMI-20-0082.
Gao L-L, Horbury R, Nair RM, Singh KB, Edwards OR: Characterization of resistance to multiple aphid species (Hemiptera: Aphididae) in Medicago truncatula. Bull Entomol Res. 2007, 97: 41-48. 10.1017/S0007485307004786.
Gao L-L, Klingler JP, Anderson JP, Edwards OR, Singh KB: Characterization of pea aphid resistance in Medicago truncatula. Plant Physiol. 2008, 146 (3): 996-1009. 10.1104/pp.107.111971.
Guo S, Kamphuis LG, Gao L-L, Edwards OR, Singh KB: Two independent resistance genes in the Medicago truncatula cultivar Jester confer resistance to two different aphid species of the genus Acyrthosiphon. Plant Signal Behav. 2009, 4: 1-4. 10.4161/psb.4.1.7280.
Klingler J, Creasy R, Gao L, Nair RM, Calix AS, Jacob HS, Edwards OR, Singh KB: Aphid resistance in Medicago truncatula involves antixenosis and phloem-specific, inducible antibiosis, and maps to a single locus flanked by NBS-LRR resistance gene analogs. Plant Physiol. 2005, 137 (4): 1445-1455. 10.1104/pp.104.051243.
Klingler JP, Edwards OR, Singh KB: Independent action and contrasting phenotypes of resistance genes against spotted alfalfa aphid and bluegreen aphid in Medicago truncatula. New Phytol. 2007, 173 (3): 630-640.
Klingler JP, Nair RM, Edwards OR, Singh KB: A single gene, AIN, in Medicago truncatula mediates a hypersensitive response to both bluegreen aphid and pea aphid, but confers resistance only to bluegreen aphid. J Exp Bot. 2009, 60: 4115-4127. 10.1093/jxb/erp244.
Stewart SA, Hodge S, Ismail N, Mansfield JW, Feys BJ, Prosperi JM, Huguet T, Ben C, Gentzbittel L, Powell G: The RAP1 gene confers effective, race-specific resistance to the pea aphid in Medicago truncatula independent of the hypersensitive reaction. Mol Plant Microbe Interact. 2009, 22: 1645-1655. 10.1094/MPMI-22-12-1645.
Gao L-L, Kamphuis LG, Kakar K, Edwards OR, Udvardi MK, Singh KB: Identification of potential early regulators of aphid resistance in Medicago truncatula via transcription factor expression profiling. New Phytol. 2010, 186 (4): 980-994. 10.1111/j.1469-8137.2010.03229.x.
Mantelin S, Bhattarai KK, Kaloshian I: Ethylene contributes to potato aphid susceptibility in a compatible tomato host. New Phytol. 2009, 183: 444-456. 10.1111/j.1469-8137.2009.02870.x.
Annan IB, Tingey WM, Schaefers GA, Tjallingii WF, Backus EA, Saxena KN: Stylet penetration activities by Aphis craccivora (Homoptera: Aphididae) on plants and excised plant parts of resistant and susceptible cultivars of cowpea (Leguminosae). Annu Entomol Soc Am. 2000, 93: 133-140. 10.1603/0013-8746(2000)093[0133:SPABAC]2.0.CO;2.
Muchero W, Ehlers JD, Close TJ, Roberts PA: Genic SNP markers and legume synteny reveal candidate genes underlying QTL for Macrophomina phaseolina resistance and maturity in cowpea [Vigna unguiculata (L) Walp.]. BMC Genomics. 2011, 12: 8-10.1186/1471-2164-12-8.
Muchero W, Ehlers JD, Roberts PA: QTL analysis for resistance to foliar damage caused by Thrips tabaci and Frankliniella schultzei (Thysanoptera: Thripidae) feeding in cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.]. Mol Breed. 2010, 25: 47-56. 10.1007/s11032-009-9307-6.
Muchero W, Diop NN, Bhat PR, Fenton RD, Wanamaker S, Pottorff M, Hearne S, Cisse N, Fatokun C, Ehlers JD, et al: A consensus genetic map of cowpea [Vigna unguiculata (L) Walp.] and synteny based on EST-derived SNPs. Proc Natl Acad Sci USA. 2009, 106: 18159-18164. 10.1073/pnas.0905886106.
Muchero W, Ehlers JD, Close TJ, Roberts PA: Mapping QTL for drought stress-induced premature senescence and maturity in cowpea [Vigna unguiculata (L.) Walp.]. Theor Appl Genet. 2009, 118: 849-863. 10.1007/s00122-008-0944-7.
Timko MP, Ehlers JD, Roberts PA: Cowpea. Pulses, sugar and tuber crops. Edited by: Kole C. 2007, Springer-Verlag GmbH, Heidelberg, Germany, 49-67.
Chakraborti D, Sarkar A, Mondal HA, Das S: Tissue specific expression of potent insecticidal, Allium sativum leaf agglutinin (ASAL) in important pulse crop, chickpea (Cicer arietinum L.) to resist the phloem feeding Aphis craccivora. Transgen Res. 2009, 18: 529-544. 10.1007/s11248-009-9242-7.
Herselman L, Thwaites R, Kimmins FM, Courtois B, van der Merwe PJA, Seal SE: Identification and mapping of AFLP markers linked to peanut (Arachis hypogaea L.) resistance to the aphid vector of groundnut rosette disease. Theor Appl Genet. 2004, 109: 1426-1433. 10.1007/s00122-004-1756-z.
Edwards OR: Interspecific and intraspecific variation in the performance of three pest aphid species on five grain legume hosts. Entomol Exp Appl. 2001, 100: 21-30. 10.1046/j.1570-7458.2001.00844.x.
Edwards OR, Ridsdill-Smith TJ, Berlandier FA: Aphids do not avoid resistance in Australian lupin (Lupinus angustifolius, L. luteus) varieties. Bull Entomol Res. 2003, 93: 403-411.
Nair RM, Craig AD, Auricht GC, Edwards OR, Robinson SS, Otterspoor MJ, Jones JA: Evaluating pasture legumes for resistance to aphids. Aust J Agric Res. 2003, 43: 1345-1349. 10.1071/EA03187.
Berberet RC, Giles KL, Zarrabi AA, Payton MA: Development, reproduction, and within-plant infestation patterns of Aphis craccivora (Homoptera: Aphididae) on alfalfa. Environ Entomol. 2009, 38: 1765-1771. 10.1603/022.038.0630.
Ofuya TI: Control of the cowpea aphid, Aphis craccivora Koch (Homoptera: Aphididae), in cowpea, Vigna unguiculata (L.) Walp. Integr Pest Manage Rev. 1997, 2: 199-207. 10.1023/A:1018461320137.
Ellwood SR, D' Souza NK, Kamphuis LG, Burgess TI, Nair RM, Oliver RP: SSR analysis of the Medicago truncatula SARDI core collection reveals substantial diversity and unusual genotype dispersal throughout the Mediterranean basin. Theor Appl Genet. 2006, 112 (5): 977-983. 10.1007/s00122-005-0202-1.
Ellwood SR, Kamphuis LG, Oliver RP: Identification of sources of resistance to Phoma medicaginis isolates in Medicago truncatula SARDI core collection accessions, and multigene differentiation of isolates. Phytopathology. 2006, 96 (12): 1330-1336. 10.1094/PHYTO-96-1330.
Kamphuis LG, Lichtenzveig J, Oliver RP, Ellwood SR: Two alternative recessive quantitative trait loci influence resistance to spring black stem and leaf spot in Medicago truncatula. BMC Plant Biol. 2008, 8: 30-10.1186/1471-2229-8-30.
Tjallingii WF: Electronic recording of penetration behaviour by aphids. Entomol Exp Appl. 1978, 24: 721-730. 10.1111/j.1570-7458.1978.tb02836.x.
Tjallingii WF, Esch TH: Fine-structure of aphid stylet routes in plant tissues in correlation with EPG signals. Physiol Entomol. 1993, 18: 317-328. 10.1111/j.1365-3032.1993.tb00604.x.
Tjallingii WF: Electrical recording of stylet penetration activities. Aphids, their biology, natural enemies and control. vol. 2B. Edited by: Minks AK, Harrewijn P. Elsevier, Amsterdam;1988: 95-108.
Edwards OR, Singh KB: Resistance to insect pests; what do legumes have to offer. Euphytica. 2006, 147: 273-285. 10.1007/s10681-006-3608-1.
Guo S, Kamphuis LG, Gao L-L, Klingler JP, Lichtenzveig J, Edwards OR, Singh KB: Identification of distinct quantitative trait loci associated with defense against the closely related aphids Acyrthosiphon pisum and A. kondoi in Medicago truncatula. J Exp Bot. 2012, doi:10.1093/jxb/ers084.
Zehnder GW, Nichols AJ, Edwards OR, Ridsdill-Smith TJ: Electronically monitored cowpea aphid feeding behavior on resistant and susceptible lupins. Entomol Exp Appl. 2001, 98: 259-269. 10.1046/j.1570-7458.2001.00782.x.
Dogimont C, Bendahmane A, Pitrat M, Burget-Bigeard E, Hagen L, Le Menn A, Pauquet J, Rousselle P, Caboche M, Chovelon V: Gene resistant to Aphis gossypii. United States of America patent no. 0070016977. 2009, http://www.google.com/patents/US20070016977,
Wroblewski T, Piskurewicz U, Tomczak A, Ochoa O, Michelmore RW: Silencing of the major family of NBS-LRR-encoding genes in lettuce results in the loss of multiple resistance specificities. Plant J. 2007, 51 (5): 803-818. 10.1111/j.1365-313X.2007.03182.x.
Larocca A, Fanti P, Molinaro A, Mattia MF, Battaglia D: Aphid performance on Vicia faba and two southern Italy Phaseolus vulgaris landraces. Bull Insectology. 2011, 64: 101-106.
Genome sequence of the pea aphid Acyrthosiphon pisum. PLoS Biol. 2010, 8: e1000313-10.1371/journal.pbio.1000313.
Gerardo NM, Altincicek B, Anselme C, Atamian H, Barribeau SM, de Vos M, Duncan EJ, Evans JD, Gabaldón T, Ghanim M, et al: Immunity and other defenses in pea aphids. Acyrthosiphon pisum. Genome Biol. 2010, 11: R21-10.1186/gb-2010-11-2-r21.
Mutti NS, Louis J, Pappan LK, Begum K, Chen M-S, Park Y, Dittmer N, Marshall J, Reese JC, Reeck GR: A protein from the salivary glands of the pea aphid, Acyrthosiphon pisum, is essential in feeding on a host plant. Proc Nat Acad Sci U S A. 2008, 105: 9965-9969. 10.1073/pnas.0708958105.
Mutti NS, Park Y, Reese JC, Reeck GR: RNAi knockdown of a salivary transcript leading to lethality in the pea aphid. Acyrthosiphon pisum. J Insect Sci. 2006, 6: 38-
Thoquet P, Ghérardi M, Journet E, Kereszt A, Ané J, Prosperi J, Huguet T: The molecular genetic linkage map of the model legume Medicago truncatula: an essential tool for comparative legume genomics and the isolation of agronomically important genes. BMC Plant Biol. 2002, 2: 1-10.1186/1471-2229-2-1.
Hayden MJ, Nguyen TM, Waterman A, Chalmers KJ: Multiplex-Ready PCR: A new method for multiplexed SSR and SNP genotyping. BMC Genomics. 2008, 9: 80-10.1186/1471-2164-9-80.
Kamphuis LG, Williams A, Pfaff T, Ellwood SR, D' Souza NK, Groves E, Singh K, Oliver RP, Lichtenzveig J: Medicago truncatula reference accession A17 has aberrant chromosomal arrangement. New Phytol. 2007, 174: 299-303. 10.1111/j.1469-8137.2007.02039.x.