抗螟水稻诱导二化螟防御反应及几丁质酶基因OsCHIT15的表达模式研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:dusl520
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二化螟Chilo suppressalis(Walker)是我国水稻生产上危害最为严重的常发性害虫之一,每年造成数亿元的损失。化学杀虫剂是目前防治二化螟的最有效的手段,但由于长期依赖和不合理的过量使用,防治成本逐渐提高,而且还造成环境污染、引发昆虫抗药性等问题。因此,构建新型绿色防控技术是势在必行的。筛选和利用抗虫品种,能有效控制害虫且不会对环境产生负面影响。利用植食性昆虫取食诱导的植物防御机制和基因工程技术使这种策略成为可能。几丁质酶能降解植食性昆虫围食膜中的几丁质,影响昆虫的消化系统,成为当前植物抗虫基因工程中的研究热点和潜在的害虫防治新靶标。本研究以东北地区常规种植的,具有不同抗性的三个水稻品系1688号(高抗)、1665号(高感)和1654号(中抗)为研究对象,通过观察二化螟取食添加了不同抗性水稻茎秆粉末的饲料后幼虫体重和存活情况,测定取食不同时长后二化螟体内三种保护酶系的活性变化;克隆了水稻几丁质酶基因OsCHIT15全长,分析了该基因在水稻苗期和分蘖期的时空表达模式,以及二化螟取食和机械损伤处理后的表达模式,推测OsCHIT15基因在水稻抗二化螟中具有重要作用。主要研究结果如下:1.取食添加了1654号水稻茎秆粉末的饲料10d后,二化螟幼虫体重与添加1665号水稻茎秆粉末的饲料无显著差异,但明显低于添加1688号水稻茎秆粉末和常规饲料,存活率显著低于添加1665号水稻茎秆粉末饲料和常规饲料。取食1654号水稻茎秆后,二化螟CAT酶活性先升高至最大值后下降,POD和SOD活性先上升再下降后上升。取食1665号水稻茎秆的二化螟体内保护酶系统变化不大。二化螟幼虫取食1688号水稻茎秆后,保护酶活性上升幅度显著强于其余处理。2.水稻OsCHIT15基因ORF序列全长2763bp,编码一个由178个氨基酸组成的蛋白质,属几丁质酶I类(Glycohydro19超家族)。多序列比对结果表明,水稻几丁质酶与其他禾本科植物的几丁质酶氨基酸序列相似性超过80%。系统发育树的结果显示,水稻中的几丁质酶与其他禾本科植物的几丁质酶聚在一簇。3.RT-qPCR结果表明,OsCHIT15在三个水稻品系中组成型表达,表明OsCHIT15基因在水稻生长过程中具有重要作用。接虫处理和机械损伤处理均显著诱导OsCHIT15基因表达水平上调,但在处理后不同时期和不同处理间表达模式不同。在1654中,OsCHIT15基因被诱导幅度最为显著,在水稻苗期的根部以及分蘖期的茎秆中,OsCHIT15基因的表达量在处理后12h内均有一个非常明显的上升。OsCHIT15基因在1665品种中相对表达量较低,且在分蘖期的诱导表达幅度低于苗期。在1688中,OsCHIT15基因在不同生育期被诱导表达幅度不同,在分蘖期的诱导表达量明显高于苗期。我们的结果表明OsCHIT15基因有可能参与由C.suppressalis和机械损伤诱导的防御反应,取食OsCHIT15表达水平高的品种会对二化螟幼虫产生影响。1654品种的抗性水平高于其他水稻品种,1654是一种可以推广种植的抗二化螟品种。
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