【摘 要】
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褐飞虱(Brown planthopper,BPH)是水稻生产中为害最大的害虫之一,每年都造成世界粮食生产的巨大损失。目前,农药的大量使用已无法有效地防治褐飞虱。培育和种植褐飞虱抗性水稻品种是最经济、环境最友好的防治策略。目前已从不同的栽培稻和野生稻资源中鉴定了30多个水稻抗褐飞虱基因,但抗虫基因所介导的水稻抗虫分子机理并不清楚。microRNA(miRNA)是一类内源性的非编码小RNA,一般长2
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褐飞虱(Brown planthopper,BPH)是水稻生产中为害最大的害虫之一,每年都造成世界粮食生产的巨大损失。目前,农药的大量使用已无法有效地防治褐飞虱。培育和种植褐飞虱抗性水稻品种是最经济、环境最友好的防治策略。目前已从不同的栽培稻和野生稻资源中鉴定了30多个水稻抗褐飞虱基因,但抗虫基因所介导的水稻抗虫分子机理并不清楚。microRNA(miRNA)是一类内源性的非编码小RNA,一般长20-24 nt。它通常与Argonaute(AGO)等蛋白形成RISC复合体,然后通过碱基互补配对的方式识别靶基因,并对其切割、降解或抑制翻译来调控靶基因的表达。近些年,关于miRNA的研究越来越多,在调控植物生长、发育等方面有很多报道。但是,很少有miRNA在植物抗虫方面的研究报道,更没有整合分析miRNA和m RNA表达模式来阐明植物抗虫分子机理的报道。实验室前期研究发现水稻抗褐飞虱基因BPH6,通过调控细胞外泌,维持细胞壁的稳定,以及调控水杨酸、茉莉酸和细胞分裂素等多种途径,来提高水稻对褐飞虱的抗性。但该基因所介导的抗性分子机理仍不清楚。在本研究中,我们对BPH6转基因植株(BPH6G)和野生型水稻日本晴被褐飞虱取食后的miRNA和m RNA表达谱进行了整合分析,鉴定出217个差异表达的miRNA(Different expression miRNAs,DEMs)和7,874个差异表达的基因(Different expression genes,DEGs)。其中有29个miRNAs,如miR160、miR166和miR169家族成员,在两个品种的早、晚期取食期均呈现相反的表达变化趋势;有9个miRNAs在BPH6G中特异表达,表明这些miRNAs参与了BPH6介导的褐飞虱抗性。通过对DEMs和DEGs的整合分析发现,34个miRNA对应于42个靶基因可能是与褐飞虱抗性相关的候选miRNA-m RNA对。我们对其中18个miRNA-m RNA对进行了定量PCR(quantitative Real-Time PCR,q RT-PCR)验证,并对其中的2个miRNA-m RNA对进行了荧光观察和Western blot验证。根据整合分析的结果,我们挑选了5个miRNAs,构建了mimicry转基因载体,转化日本晴。转基因材料的T1代抗性鉴定结果表明,miR5513和miR169分别被抑制后,转基因植株表现出较强的抗性;miR393和miR396分别被抑制后,转基因植株抗褐飞虱,但抗性较弱。本研究以RNA-seq测序数据为基础,通过分析抗、感水稻在褐飞虱取食前后表达差异的miRNA和m RNA,整合两者的数据发掘出水稻抗虫相关的miRNA-m RNA对,并鉴定了几个水稻抗褐飞虱的miRNA。我们的研究结果为阐明褐飞虱取食引起的水稻miRNA和m RNA表达谱的变化,理解植物与昆虫的相互作用奠定了基础,也为褐飞虱防治提供了有价值的基因资源。
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