水稻克隆植株間防禦信號傳遞的分子機理

《水稻克隆植株間防禦信號傳遞的分子機理》是依託華南農業大學，由宋圓圓擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水稻克隆植株間防禦信號傳遞的分子機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：宋圓圓
• 依託單位：華南農業大學

項目摘要

克隆植物通過克隆生長形成由相連分株和間隔子組成的克隆植物網路，該網路具有生理整合作用，使資源在網路中得到重新分配與合理利用。研究克隆網路是否具有防禦通訊功能進而使克隆植物在遇到病蟲害襲擊時可以產生網路系統抗性具有重要意義。本項目擬以單子葉分櫱型克隆植物水稻為材料，讓褐飛虱和稻縱卷葉螟取食水稻克隆分株（供體），然後測定沒有蟲害的健康克隆分株（受體）的抗蟲性變化；抗蟲相關酶活性的變化；通過實時定量RT-PCR等方法，研究對受體分株蛋白酶抑制劑基因和防禦反應基因、水楊酸和茉莉酸信號轉導途徑關鍵酶合成基因表達的影響。使用信號轉導途徑關鍵酶合成基因沉默的轉基因材料，結合使用帶同位素的信號物質進行示蹤，闡明從供體到受體分株傳遞的信號分子。研究將從分子水平上揭示水稻不同克隆分株間化學通訊和水稻克隆植物網路的誘導系統抗蟲性，對闡明克隆植物網路的生態學功能和水稻蟲害控制具有重要意義

結題摘要

蟲害誘導的植物防禦反應一直是植物與昆蟲相互作用關係研究中的一個重點。通過利用植物誘導產生的間接和直接防禦反應來控制害蟲，有利於保護環境恢復自然生態平衡，增加生物的多樣性。本課題以單子葉分櫱型克隆植物水稻為研究對象，在水稻主莖（供體分株）上用褐飛虱取食或者是SA處理，然後測定分櫱（受體分株）的抗蟲性變化；主莖和分櫱上抗蟲相關酶活性和抗蟲相關基因表達的變化。主要結論如下： 1. 水稻主莖被褐飛虱取食或者SA處理後，受體分株分櫱上褐飛虱分泌的蜜露量和存活率明顯降低。褐飛虱取食水稻主莖（供體分株）48 h後，取食水稻一級分櫱（受體分株）的褐飛虱分泌的蜜露量，明顯低於未被取食的對照。說明水稻主莖被褐飛虱取食後，褐飛虱在一級分櫱上的取食量減少，其一級分櫱的抗性增強。水稻主莖用SA塗抹48 h後，取食水稻一級分櫱的褐飛虱分泌的蜜露量，明顯低於未被SA塗抹的對照。說明水稻主莖用SA處理後，褐飛虱在一級分櫱上的取食量減少，其一級分櫱的抗性增強。褐飛虱取食水稻主莖48 h後，取食水稻一級分櫱的褐飛虱若蟲的存活率明顯低於未被取食過的對照，說明水稻主莖被褐飛虱取食後，與主莖有克隆網路連線的一級分櫱的抗蟲性增強。水稻主莖用SA塗抹48 h後，取食水稻一級分櫱的褐飛虱若蟲的存活率明顯低於未被SA塗抹的對照，說明水稻主莖用SA處理後，其一級分櫱的抗性增強。 2. 褐飛虱取食水稻主莖導致主莖和有克隆網路相連的一級分櫱葉鞘中與防禦有關酶活性增高，胰蛋白酶抑制劑的含量升高。說明克隆植物水稻在被植食性昆蟲取食主莖時，有蟲害的水稻主莖不僅可以調節自身的保護酶防禦系統，而且可以通過克隆植物網路使沒有蟲害的健康克隆分株（分櫱，受體）也啟動了保護酶防禦系統，增強分櫱的抗蟲能力。 3. 褐飛虱取食水稻主莖可以提高主莖和其克隆相連的分櫱葉鞘中內源激素JA和SA的含量，誘導主莖和其克隆相連的分櫱葉鞘中水楊酸信號轉導途徑PAL基因和病原相關蛋白基因PR1、NPR2及茉莉酸信號轉導途徑AOC、AOS基因的超量表達。說明克隆植物水稻在被植食性昆蟲取食主莖時，有蟲害的克隆分株（主莖，供體）和無蟲害的健康克隆分株（分櫱，受體）都會啟動水楊酸和茉莉酸途徑的防禦信號途徑，進而激活抗蟲防禦反應。 這些結果表明：水稻克隆植株之間存在防禦信號通訊網路，當一個克隆分株受到蟲害襲擊後，水稻將啟動克隆植株間的防禦信號通訊。