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蚜虫通过口针穿刺吸取植物韧皮部汁液,并且能够迅速在植物上定殖繁殖,持续对植物造成危害。蚜虫的取食与定殖激发植物多种激素信号通路,共同调控抗蚜防卫反应。在抗蚜虫植物上,植物对蚜虫抗性表现为减弱蚜虫的取食偏好性和抑制蚜虫的定殖能力。用水稻白叶枯病菌的harpin蛋白质Hpa1对模式植物拟南芥进行处理,可有效诱导抗蚜防卫反应。生物胁迫诱导型转录因子AtMYB44能与乙烯信号途径的关键基因EIN2的启动子结合,当harpin蛋白质存在时,AtMYB44的表达量和积累量增多,其与EIN2启动子的结合能力增强。蚜虫的取食增强了乙烯信号通路,诱导激活乙烯信号通路下游的韧皮部防卫反应,导致蚜虫在韧皮部的取食行为减弱,繁殖能力降低。Hpa1的功能片段为N-末端第10-42位氛基酸构成的短肽链,具有增强子作用。利用植物转基因技术,将Hpa1第10-42位氨基酸的编码序列与AtMYB44的启动子序列片段44P2000共同转入小麦的基因组中,获得转基因小麦可以被生物因子诱导表达Hpa110-42。表达Hpa110-42的转基因品系小麦同时表现出了生长表型和抗性表型两方面的增强。本课题针对抗蚜转基因小麦和麦长管蚜的互作关系,从信号转导的角度对小麦抗蚜虫的作用方式和机制进行了研究,探究了乙烯信号转导途径对小麦抗蚜性的诱导调控作用。1.转基因小麦对麦长管蚜行为和性状的影响Hpa110-42转基因小麦对麦长管蚜的抗性效果相当于杀虫剂吡虫啉在普通小麦上对麦长管蚜的防治效果。麦长管蚜对转基因小麦的取食偏好性和定殖偏好性均弱于普通小麦品种。实验室内对普通小麦和转基因小麦进行人工接种蚜虫实验,转基因小麦上麦长管蚜的定殖率和繁殖率都低于以普通小麦为食的对照组。以转基因小麦为食的蚜虫比对照组体重轻,各阶段发育历期均比对照组延长。利用电位刺吸图谱方法对麦长管蚜的取食行为进行连续监测,发现蚜虫在转基因小麦韧皮部取食时间和频次均减少,说明抗性作用发生于小麦韧皮部。2.受乙烯调控的小麦韧皮部抗蚜虫防卫反应分子检测证明Hpa110-42在转基因小麦中受到麦长管蚜侵染之后发生诱导表达,同时检测到各个转基因品系Hpa110-42的表达量存在差异。对小麦进行蚜虫侵染实验,小麦韧皮部防卫在不同品系中表现出明显差异。转基因品系中胼胝质沉积反应和蛋白质凝集反应由于Hpa110-42的表达而被激活,显微镜观察到小麦筛管分子内生成大量沉积物堵塞了筛孔。对转基因小麦防卫应答基因的表达水平进行检测,发现乙烯信号通路标志基因EIN2的表达量明显上调。若使用乙烯受体抑制剂阻断植物乙烯信号通路,Hpa110-42的诱导表达水平不发生变化,但小麦对蚜虫的抗性消失,韧皮部防卫作用减弱,证明乙烯信号通路对于由Hpa110-42诱导的韧皮部抗虫性起着至关重要的作用。这一研究结果表明Hpa1转基因小麦对于蚜虫的抗性是通过增强韧皮部相关的乙烯信号防卫通路而实现的。