五谷丰素对水稻抗褐飞虱的影响及其作用机制

来源 :马超 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oldfly2005
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发展农作物有害生物的绿色防控技术、促进农药的合理使用,是面向农业区域经济可持续发展、推进生态文明和绿色发展的国家重大需求中的科学问题。根际微生物-植物-昆虫三者间互作研究是作物有害生物绿色防控技术研发重要的理论依据,如根际微生态调控诱导植物系统抗性。五谷丰素(Decoyinine,DCY)是从链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)中分离得到次生代谢物,研究发现其对人畜无毒,对环境安全。目前已发现其除了能作为抗生素应用于医药领域,并且还能促进植物组织形成再生植株及促进作物生长,它是否也能诱导植物包括抗虫在内的系统抗性有待探究。本研究首先探索了五谷丰素浸种处理的水稻对褐飞虱两性生命表参数的相关影响,其次测定了五谷丰素处理的水稻对褐飞虱取食与产卵行为的影响。同时,测定了褐飞虱取食五谷丰素处理的水稻后,水稻内抗虫相关生理指标的变化。最后,借助转录组测序技术挖掘五谷丰素增强水稻抗虫性的关键基因。主要研究结果如下:(1)五谷丰素处理水稻后褐飞虱的两性生命表数据表明:褐飞虱取食经五谷丰素处理后的水稻,其生活史参数和种群参数发生了显著变化。其中褐飞虱雌虫产卵量及卵孵化率显著下降(产卵量:对照组为141.54±18.84粒、处理组DCY25 为 70.89±11.16 粒、处理组 DCY50 为 73.82±9.21 粒、处理组 DCY100为91.91 ±8.59粒;卵孵化率:对照组92.66±1.62%、处理组DCY50为79.90±2.55%),但是褐飞虱的各龄期若虫发育历期、雌雄虫寿命、产卵前期与产卵期没有显著差异。种群相关参数如内禀增长率rm、净繁殖率R0和周限增长率λ均显著降低,平均世代时间T和种群倍增时间DT均显著延长,种群增长受到抑制,种群规模缩小。同时,取食五谷丰素处理水稻的褐飞虱雌虫其虫重显著下降,卵巢发育明显偏小,NlVg基因表达水平显著下降。(2)褐飞虱取食五谷丰素处理水稻的行为检测结果表明五谷丰素处理水稻能够抑制褐飞虱取食。褐飞虱取食DCY50处理组水稻的np波,N2波,N3波的次数及持续时间均显著高于取食对照组的(相比于对照组,np波,N2波,N3波出现次数分别增加了 80.66%、94.22%和136.20%;持续时间分别增加了 84.00%、113.91%和136.90%),N4-b波的持续时间则显著短于取食对照组的(相比于对照组,下降了 236.17%)。同时,取食DCY50处理组水稻的蜜露分泌量显著低于对照组。五谷丰素处理水稻后,水稻内胼胝质含量显著增加。褐飞虱3龄若虫和怀卵雌成虫更倾向于选择取食对照组的水稻,且怀卵雌成虫在对照组水稻上的产卵量显著高于DCY50处理组。(3)五谷丰素能够促进水稻种子的萌发,提高其发芽势、发芽率及活力指数,并且五谷丰素还能够显著提升水稻在褐飞虱重度侵害下的存活率,对照组水稻被取食7天后的死亡率高达76.67%,远超五谷丰素处理组(处理组DCY25,DCY50,DCY100水稻苗死亡率分别为25.00%,11.37%,10.00%)。褐飞虱取食五谷丰素处理的水稻后,引发水稻体内一系列生理生化指标的变化,显著提高了H2O2、游离氨基酸、类黄酮含量,及CAT、SOD、POD、GST、PPO等酶的活性,同时被褐飞虱取食后五谷丰素处理组的可溶性糖、蔗糖及葡萄糖的含量也显著高于对照组水稻,相反显著降低了 MDA含量。(4)通过对褐飞虱取食五谷丰素处理的水稻进行转录组测序,发现不同处理组间均出现了大量差异显著性表达基因。两两比较的GO功能注释分析显示,在糖代谢、细胞壁组分、抗氧化活性方面的分组最具代表性。KEGG通路富集分析则显示苯丙素的生物合成,淀粉和蔗糖代谢,糖酵解与糖代谢合成,类黄酮生物合成,黄酮和黄酮醇的生物合成,色氨酸代谢等分组最具代表性。有关调控植物抗生物胁迫的WRKY转录因子相关基因,植物抗氧化相关的细胞色素p450酶、CAT、POD、GST和磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶基因,次生代谢物合成酶中PAL相关基因,胼胝质合酶相关基因,糖类及糖代谢相关基因(蔗糖、葡萄糖、己糖激酶和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶)等较为富集。褐飞虱取食五谷丰素处理组水稻与褐飞虱取食对照组水稻(DCYB VS ControlB)相比,WRKY转录因子家族,有15条基因显著上调,定量结果验证OsWRKYSUSIBA2、Os WRKYTV、Os WRKY62以及Os WRKY76的表达量均显著上调。表明五谷丰素可能是通过调节水稻WRKY转录因子的表达,继而调控下游相关防御信号通路基因,来增强水稻对褐飞虱的抗性。
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