小麦作物在全世界各地广为栽培,全球约有四十余个国家以小麦作为主要的粮食作物。随着世界经济以及人口的快速增长,对小麦的需求量也愈加增多,但一直以来,由于不良的环境条件以及病虫害等各种因素严重影响了小麦的品质与产量。其中小麦上的蚜虫属于小麦作物上的重要虫害,不仅可以侵袭小麦叶片、茎秆、嫩穗等部位,影响小麦的生长以及产量,同时还可传播多种病毒病,对小麦造成严重的损失。根据本实验室的研究发现,harpin蛋白可以诱导植物过敏性细胞死亡以及对相关病虫害的抗性,还可以增加作物的产量。本实验室前人获得了Harpin的一个功能片段Hpal10-42,并且构建了相关载体,获得了转Hpal10-42基因的小麦,本文则进一步研究了转Hpal10-42基因小麦对抗麦长管蚜的影响以及所涉及的相关信号通路的调控机制。1.转Hpal10-42小麦对麦长管蚜的韧皮部防卫反应本实验中,我们获得了六个转Hpal10-42基因小麦株系,并对其相关的韧皮部防卫反应进行了研究。实验研究结果表明,Hpal1042在小麦植株中的表达,可以增加小麦植株对蚜虫的趋避率以及降低蚜虫的繁殖率。我们同时测定了编码韧皮部凝集素基因PP2-A以及编码葡聚糖合酶基因GSL的表达情况,我们发现当麦长管蚜取食小麦叶片时,在转基因小麦系中PP2-A以及三个GSL (GSL2, GSLIO, GSL12)基因的表达量明显提高。我们也对麦长管蚜取食活动以及胼胝质的沉积情况进行了分析,在六小时的EPG监测中,麦长管蚜在转基因小麦株系中韧皮部取食时间缩短,同时胼胝质在筛板的沉积量增加,阻止了蚜虫的进一步刺探与取食。当对小麦生长性状以及麦粒特征进行分析时发现,Hpallo-42的表达在促进小麦植株的生长同时可以促进植株的分蘖,增加作物的产量。2.乙烯信号通路在转Hpa110-42小麦对麦长管蚜的韧皮部防卫反应中起重要作用HrpNEa是一种多功能激发子,可以激活不同的信号通路,在调控植株生长,抗病虫以及抗干旱等过程中发挥着重要的作用。本次研究内容发现,Hpa1l0-42在小麦株系中的表达可以激活乙烯信号通路,说明了乙烯信号传导因子EIN2可能参与了转基因小麦韧皮部防卫反应的调控作用。通过研究发现,转基因小麦株系中EIN2基因的表达量相对较高,而用乙烯抑制剂AgN03或者1-MCP处理以后,PP2-A以及GSL10基因的表达量出现了明显的下降,胼胝质的沉积率出现了明显的下降,麦长管蚜在转基因系韧皮部取食时间显著增加,同时蚜虫的侵袭量也有大幅度提升,这进一步说明了乙烯信号通路参与了转基因小麦系韧皮部防卫反应的调控。我们在这里对小麦的根系总长度以及分支数目进行了统计,发现了当有少量蚜虫侵袭时,转基因小麦根系总长度下降以及分支数目变少,乙烯信号通路也可能参与了这一调控作用。本文创新点首次利用本实验室前人获得的转Hpal10-42基因的小麦,对其抗麦长管蚜的韧皮部防卫机制进行了研究,为优化小麦品系以及获得高产作物提供了相关的理论以及现实依据。