论文部分内容阅读
水稻是全球最重要的粮食作物，也是受虫害最严重的作物之一。褐飞虱Nilaparvata lugens(St(a)l)仅以水稻为食，具有刺吸式口器，其繁殖能力强，可远距离迁飞，是危害水稻最严重的害虫之一，严重影响了我国的水稻生产。培育抗虫品种是褐飞虱防治中最为经济、有效的手段，发现、鉴定水稻内源抗褐飞虱基因是进行抗虫育种的重要基础。为了寻找水稻抗褐飞虱基因，我们一方面从高抗褐飞虱的水稻品种中对内源抗性基因进行分析并验证;另一方面利用水稻突变体库，直接鉴定抗虫相关突变体，进而对突变基因进行抗虫机理研究。 我们对高抗褐飞虱的水稻品种RHT(Rathu Heenati)与高感褐飞虱的品种TN1(Taichuang Native1)分别进行了基因芯片分析，发现了大量受褐飞虱取食诱导以及在抗虫品种与感虫品种中表达差异显著的基因。其中，茉莉酸(Jasmonicacid, JA)合成途径的一个关键基因AOC在RHT中的表达是TN1的30倍以上。我们将AOC及其下游的OPR3基因分别在中花11（ZH11，感虫品种）中转基因过表达，这两个基因都编码JA合成途径的关键酶，AOC催化产生JA的前体OPDA，OPR3将OPDA还原并进一步生成JA。抗虫鉴定结果显示，过表达AOC显著提高了水稻对褐飞虱的抗性，而过表达OPR3却未对褐飞虱的抗性产生显著影响。褐飞虱生物测定的结果显示，AOC过表达植株对褐飞虱的抗虫机制为抗生性。此外，我们发现，过表达AOC或OPR3均可以提高水稻对咀嚼式昆虫二化螟的抗性。激素定量和激素处理后对褐飞虱的生物测定结果表明，激活水稻对褐飞虱抗性的信号分子是OPDA，而不是JA。进一步的表达分析显示OPDA可以特异诱导一些下游相关基因的表达。OPDA处理同样可以提高萝卜对另一种刺吸式昆虫桃蚜(Myzus persicae)的抗性。过表达AOC可通过积累OPDA和JA同时激活水稻对刺吸式昆虫和咀嚼式昆虫的抗性。 为了探索水稻内源抗虫基因的分子机理及育种价值，我们还利用水稻T-DNA插入突变体为材料，在田间完成了11，000多份纯系突变体对褐飞虱的抗性鉴定，获得了259份抗褐飞虱相关的水稻突变体，通过TAIL-PCR的方法对这些突变体进行了旁邻序列的分离。我们对其中一个高抗褐飞虱的突变体T35进行了深入研究，T35为基因缺失的突变体，室内抗虫鉴定进一步证明了T35对褐飞虱的抗性。序列比对显示突变基因编码水稻线粒体外膜转运分子蛋白TOM64。亚细胞定位结果验证了其在线粒体中的定位。遗传学分析证明其抗虫表型与T-DNA可共分离，且在突变体中转入TOM64蛋白后可回复至野生型的抗虫水平，证明TOM64在水稻抗褐飞虱过程中的重要作用。抗虫机制的分析证明突变体对褐飞虱的抗性是通过抗生性和耐虫性共同发挥作用。进一步的分析暗示突变体可能通过调节植物H2O2的水平对褐飞虱产生抗性作用。本研究首次发现了线粒体外膜转运分子在植物免疫反应中的作用。