OsRCI-1基因调控水稻生理及褐飞虱防御分析

发布时间：2020-06-29 19:59

【摘要】：植物脂氧合酶(LOXs,linoleate:oxygen oxidoreducatase,EC1.13.11.12)是脂氧合素(Oxylipins)途径中第一个关键合成酶,该途径参与调节植物抵御生物或者非生物胁迫的防御反应。水稻(Oryza sativa)是世界上重要的粮食作物,而植食性害虫褐飞虱Nilaparvata lugens(St?l)以刺吸水稻韧皮部汁液为食,严重危害水稻作物的安全。本文在实验室前期研究工作的基础上,通过反向遗传的方法,探究脂氧合酶基因OsRCI-1对水稻生理、生化的调控作用,明确该基因在水稻生长发育、水稻-褐飞虱-稻虱缨小蜂(Anagrus nilaparvatae)三级营养关系中的功能和作用。结果如下:(1)水稻脂氧合酶基因OsRCI-1参与调控水稻生长发育。过量表达OsRCI-1基因水稻品系促进水稻早期幼苗的生长发育,但不利于水稻的产量;与之相反,反义抑制OsRCI-1水稻抑制水稻根系的生长及植株高度,却提高了水稻的产量。(2)OsRCI-1基因正调控水稻对褐飞虱的直接防御。褐飞虱取食后的过量表达OsRCI-1基因水稻内源过氧化氢酶显著上升。外施LOX抑制剂抑制过量OsRCI-1基因水稻LOX活性,有利于褐飞虱的取食和产卵行为,降低过量表达OsRCI-1水稻对褐飞虱的抗性。(3)过量表达OsRCI-1基因水稻对褐飞虱的驱避性增加与绿叶性气味等挥发物含量增加有关。外施不同浓度茉莉酸甲酯(MeJA)、顺-3-己烯醇(cis-3-hexen-1-ol)、顺-3-己烯醛(cis-3-hexenal)、及其Mix混合物以及挥发物2-庚酮(2-heptanone)、2-庚醇(2-heptanol)处理水稻,其中顺-3-己烯醇、Mix混合物处理增加水稻对褐飞虱雌成虫取食和产卵驱避性;同时挥发物(2-庚酮、2-庚醇)处理水稻后也表现出对褐飞虱雌成虫产卵具有驱避性。(4)OsRCI-1基因正调控水稻对褐飞虱的间接防御。室内实验表明,过量表达OsRCI-1水稻提高了稻虱缨小蜂的寄生率;外源SHAM能降低突变体水稻上褐飞虱卵的寄生率,外源cis-3-Hexenal、2-heptanone、Mix混合物处理野生型水稻能显著增加褐飞虱卵被稻虱缨小蜂寄生率。田间试验表明,不同浓度单一化合物处理,仅cis-3-Hexenal、2-heptanone对寄生蜂具有极显著的引诱作用。综上,OsRCI-1基因在水稻抗虫防御反应中起重要作用,正调控水稻对褐飞虱的抗性。OsRCI-1调控的抗性增加至少与水稻绿叶性气味等挥发物增加有关。
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.112.3
【图文】：

脂氧合酶,途径,丙二烯

4图 1.1 脂氧合酶途径[38]Figure 1.1 The lipoxygenase pathway目前，脂肪酸经脂氧合酶催化形成的过氧化氢衍生物（Hydroperoxides）主要由[10]环化酶（POX）途径、丙二烯氧化物（AOS）途径、二乙烯醚合酶（DES）途径、氢过氧化物裂解酶（HPL）等 4 个途径代谢。其中，丙二烯氧化物合酶（AOS）和氢过氧化物裂解酶（HPL）是最为重要的 2 个分支途径，两者相互竞争共同的底物，分别合成信号化合物茉莉酮酸酯和醛的产生[39-41]。AOS 途径由丙二烯氧化物合成酶（AOS）将氢过氧化脂肪酸脱水形成不稳定的丙二烯氧化物，同时将这些分子在无酶条件下水解形成α和γ-酮醇，或者在叶绿体中通过丙二烯氧化物环化酶（AOC）转化为 OPDA[42]。随后，转运到过氧化物酶体中的 OPDA 将环戊酮环还原成 OPC:8。最终，OPC:8 经过三次的β-oxidation 循环氧化成 JA[43, 44]。AOS 途径中经多步转化后所得到的产物为茉莉酸类，例如：茉莉酸（JA）、

野生型,水稻,农艺性状,根长

根据不同实验设计和统计分析原理，利用 SPSSStatistics22 软件完成全部实验数据的统计分析。实验数据采用 Student’s t-test 或 one-way ANOVA 和 Duncan’s 多重比较。2.2 结果与分析2.2.1 过量表达 OsRCI-1 水稻农艺性状为了进一步了解 OsRCI-1 对水稻表型的影响，我们检测了 OsRCI-1 过量表达品系水稻植株株高、千粒重、根长与野生型等多个农艺性状。结果显示：与对照 WT 相比，F1、F6 无显著差异，F8 千粒重减少了 8.43%（图 2.1A）；F6、F8 根长极显著高于野生型，分别为野生型根长的 1.10 倍、1.11 倍（图 2.1B）；同时，F1 株高平均 2.30cm与野生型平均株高 2.62cm 相比较具有极显著，F6、F8 平均株高分别为 2.79cm、2.71cm显著高于 WT 水稻株高（图 2.1C）；胚芽鞘的长度没有显著差异（图 2.1D）。

【参考文献】