论文部分内容阅读
茉莉酸(jasmonic acid, JA)在虫害诱导的植物防御反应中的作用已被广泛研究。害虫取食可以诱导植物JA合成相关基因的表达以及JA水平的升高,其可以进一步诱导相关防御化合物如胰蛋白酶抑制剂(trypsin protease inhibitors, TrypPIs)水平的升高,进而减轻害虫对植物的伤害。而针对可以调控JA合成的底物-亚麻酸(linolenicaicd, LeA)的磷脂酶D (Phospholipases D, PLD)和将JA甲基化生成茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate, MeJA)的茉莉酸转甲基酶(jasmonic acid carboxyl methyltransferase, JMT)在水稻抗虫反应中的功能,至今无人报道。因此本文以OsPLDa4、OsPLDa5和OsJMT1为研究对象,对其在水稻诱导抗虫反应中的作用及调控机理进行了详细研究,主要结果如下：1. OsPLDa4和OsPLDa5有相似的诱导表达谱：机械损伤、二化螟(Chilo suppressalis, rice striped stem borer, SSB)取食和JA处理能够迅速诱导OsPLDa4/5基因的表达,而褐飞虱(Nilaparvata lugens, rice brown planthopper, BPH)危害和水杨酸(salicylic aicd,SA)处理不诱导其表达。利用农杆菌介导的转化法,我们获得OsPLDa4/5反义抑制的水稻突变体植株,两个基因沉默效果均在50%左右。反义PLD水稻品系(as-pld)降低了虫害或者损伤诱导的LeA、JA、绿叶性气味(green leaf volatiles,GLVs)和乙烯的水平,同时也降低了虫害诱导的OsMPK3,OsHI-LOX,OsHPL3和OsACS2基因的表达。JA和乙烯水平的下降降低了虫害诱导的胰蛋白酶抑制剂和挥发物(Herbivore-Induced Plant Volatiles,HIPVs)的水平。生测结果表明：as-pld品系降低了水稻对二化螟的抗性,二化螟幼虫取食反义品系后生长较快,而反义品系植株在二化螟取食后受害更严重；同时as-pld品系也降低了水稻对褐飞虱的抗性,表现在BPH雌成虫喜欢在反义品系上取食和产卵,若虫也喜欢在反义品系上取食,并且若虫在反义品系上死亡率更低,同时反义品系植株在BPH雌成虫取食后死亡较早。HIPVs的降低进而导致了水稻对二化螟寄生蜂-二化螟绒茧蜂(Apanteles chilonis)的吸引的下降。回补实验表明：胰蛋白酶抑制剂水平的下降可以被JA部分回补,对SSB抗性的下降可以被外施GLVs回补,而对BPH抗性的下降是由于GLVs水平的降低造成的。综上所述,OsPLDa4/5在水稻中虫害诱导的直接和间接防御中起着重要作用。2.通过农杆菌介导法将OsJMT1在水稻中过量表达后获得了转基因品系(oe-JMT)。oe-JMT品系在大田种植后其成熟期株高及水稻产量均较野生型下降。过量表达OsJMT1后水稻MeJA在本底和二化螟诱导后的水平均高于野生型水稻水稻,而水稻受二化螟诱导的JA和胰蛋白酶抑制剂水平下降。过量表达OsJMT1对乙烯的合成无影响。经二化螟危害诱导的几种水稻挥发物水平在oe-JMT品系水稻中较野生型高。OsJMTl正调控挥发物相关合成基因OsSMT, OsLIS和JA合成相关基因OsAOSl、OsHILOX以及OsMPK3基因的表达但不影响OsPLDa4及OsMPK6的表达。过量表达OsJMT1后水稻对二化螟抗性下降,表现在二化螟幼虫在取食oe-JMT品系水稻后体重增长较快,而oe-JMT品系水稻却增强了水稻对褐飞虱若虫的抗性,表现在褐飞虱初孵若虫在oe-JMT品系上死亡率较高,若虫不喜欢在oe-JMT品系上取食,但是却增强了对褐飞虱雌成虫的吸引作用。利用MeJA对野生型和oe-JMT品系水稻进行系列外施实验发现,oe-JMT品系水稻对BPH若虫抗性的增强是由增加的MeJA水平造成的。此外oe-JMT品系水稻对褐飞虱若虫的抗性的增强可能与oe-JMT品系水稻茎秆强度的增加有关,而其对雌成虫的吸引可能是由于BPH雌成虫诱导的过氧化氢水平的下降造成的。在田间试验中,oe-JMT品系水稻降低了褐飞虱和白背飞虱(Sogatella furcifera)的产卵量以及稻虱缨小蜂(Anagrus nilaparvatae)对褐飞虱和白背飞虱卵的寄生率,同时也降低了蚜虫(Sitobion avenae)的取食选择性。以上结果表明OsJMT1控着水稻虫害诱导的直接和间接防御反应。