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类受体蛋白激酶(receptor-like kinases,RLKs)是一类定位于细胞质膜的模式识别受体,能感知各类胞外信号并将其转换成胞内的各种内在反应。已有研究表明,类受体蛋白激酶在植物的生长发育以及对病原菌的防御方面发挥着重要作用。然而,有关类受体蛋白激酶在植物抗虫反应中的作用还了解得很少,调控机制更是不清楚。因此,本文以水稻(Oryza sativa)及其害虫二化螟(Chilo suppressali,SSB)与褐飞虱(Nilaparvata lugens,BPH)为研究对象,剖析了水稻富亮氨酸重复类受体蛋白激酶(leucine-rich repeatreceptor-like kinases,LRR-RLKs) OsHI-RLK2和OsHI-PSKR在水稻虫害诱导防御反应中的作用及其调控机制。主要研究结果如下: 1)克隆获得的OsHI-RLK2基因开放阅读框3384 bp,编码含有1127个氨基酸的蛋白,包含富亮氨酸重复序列胞外结构域、跨膜结构域和胞内激酶结构域,为典型的类受体蛋白激酶。表达谱分析表明,机械损伤能迅速而强烈地诱导OsHI-RLK2转录水平的上升;SSB取食与茉莉酸(jasmonic acid,JA)处理能在后期诱导OsHI-RLK2的表达;而水杨酸(salicylicacid,SA)处理不影响该基因的转录水平。沉默OsHI-RLK2不影响水稻的生长,但却降低SSB为害诱导的OsMPK3与OsMPK6活性、OsMPK3和3个防御相关WRKY转录因子的转录水平以及SSB诱导的JA和乙烯(ethylene,ET)含量及其合成相关基因的转录水平;而JA和ET合成损伤突变体以及两个WRKY沉默品系不影响OsHI-RLK2的转录水平。沉默OsHI-RLK2也导致水稻绿叶性气味以及防御化合物胰蛋白酶抑制剂含量的减少,并降低对SSB的抗性。以上结果表明,OsHI-RLK2可能是水稻识别SSB为害的一个受体,在水稻抵抗SSB为害的早期防御反应中发挥着重要作用。 2) OsHI-RLK2在BPH雌成虫产卵为害12h后转录水平上升,但却几乎不受BPH若虫为害的诱导。转录水平与化学分析表明,沉默OsHI-RLK2降低BPH为害诱导的OsMPK6和WRKY转录因子OsWRKY30的mRNA水平以及BPH诱导的JA和ET含量,但却提高BPH诱导的信号分子SA和H2O2以及水稻挥发物2-庚酮、2-庚醇、芳樟醇等的含量。室内与田间的生测结果表明,沉默OsHI-RLK2降低BPH雌成虫对水稻的取食和产卵嗜好性、导致BPH若虫和卵的死亡率提高,并减少了田间BPH和白背飞虱的种群数量。上述结果表明,与在水稻抗二化螟中的作用不同,OsHI-RLK2负调控水稻对刺吸式口器害虫BPH的抗性。 3)沉默OsHI-PSKR能显著提高BPH诱导的MPK基因OsMEK4、OsMPK3和OsMPK6以及WRKY转录因子OsWRKY70、OsWRKY53、OsWRKY30和OsWRKY24的转录水平,并增加水稻中BPH诱导的信号分子JA、JA-Ile、SA和ET的含量。外用H2O2处理表明,OsHI-PSKR沉默后H2O2含量的升高是沉默品系对BPH抗性提高的一个重要原因。田间试验发现,沉默OsHI-PSKR显著降低了BPH的种群密度。这些研究结果表明,OsHI-PSKR是水稻诱导防御反应中的一个早期调节元件,可以通过调节MPK级联途径、WRKY转录因子以及防御相关的JA、JA-Ile、SA、ET和H2O2等信号转导途径,调控水稻对BPH的抗性。 综上,LRR-RLKs在水稻的虫害诱导防御反应中起着十分关键的作用,本研究为水稻抗虫新品种的选育、实现对水稻害虫的可持续治理和绿色农业提供了重要的基因资源和理论依据。