《水稻萜類代謝物對褐飛虱的間接和直接防禦作用研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由劉才香擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水稻萜類代謝物對褐飛虱的間接和直接防禦作用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉才香
- 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
褐飛虱是水稻的主要害蟲之一，種植抗褐飛虱的水稻品種是防治褐飛虱最有效和最環保的策略。水稻抗褐飛虱的機理至今未得到很好的闡明，導致抗蟲育種工作進展緩慢。萜類代謝物參與植物對蟲害的防禦應答。萜類主要包括單萜、倍半萜和二萜。單萜和大多數倍半萜是植物揮發物的主要成分，它們引誘昆蟲的捕食者或者寄生蟲，在植物對蟲害的防禦應答中起間接防禦作用，而二萜和小部分倍半萜則對昆蟲具有抗生性，起直接防禦作用。我們發現在褐飛虱取食誘導下，萜類生物合成途徑在抗感水稻品種中出現了不同的表達模式。我們認為抗感水稻品種受褐飛虱取食誘導後萜類代謝物的含量和組成差異是導致不同的水稻品種對褐飛虱的抗性差異的重要機制之一。本課題擬圍繞近等基因系的抗感水稻品種中萜類代謝物和相應的萜類合成酶基因對褐飛虱的間接和直接防禦作用展開研究，以期闡明水稻中萜類代謝物對褐飛虱的抗性機理，為褐飛虱的防治提供新的策略，同時推動抗蟲育種工作前進。
結題摘要
水稻和小麥是我國最主要的糧食作物，病蟲害和逆境是導致糧食減產的重要因素。褐飛虱是水稻最主要的害蟲之一，但是水稻抗褐飛虱的機理至今不清楚。有研究表明植物的次生代謝產物參與對蟲害的防禦應答。我們主要研究莽草酸代謝途徑的芳香羧酸和萜類代謝物。此外，由於褐飛虱的複雜性，目前的研究主要集中在水稻層面，很少關注褐飛虱自身，但這卻是非常重要的。本課題擬圍繞褐飛虱取食近等基因系的抗感水稻品種後水稻的次生代謝物和褐飛虱自身的代謝展開研究，以期闡明水稻抗褐飛虱的機制，為褐飛虱的防治提供新的策略，同時推動抗蟲育種工作前進。 穗發芽是影響小麥產量和品質的重要因素，如何控制成熟期穗發芽已成為當前小麥品種改良的重大課題。研究發錶轉入反義硫氧還蛋白s基因（anti-trx-s）可以抑制成熟期穗發芽，但是具體的機制並不清楚。 主要研究內容和重要結果有以下幾個方面： 1，通過LC-MS分析了經褐飛虱取食後，抗感水稻的莽草酸途徑的次生代謝物的變化規律。研究結果表明經褐飛虱取食後，抗性水稻的奎寧酸、莽草酸和苯甲酸顯著上調；感性水稻的阿魏酸和水楊酸顯著下調。我們推測這5個次生代謝產物與水稻抗褐飛虱密切相關。 2，通過螢光實時定量PCR分析了抗性水稻中二萜類植保素生物合成途徑中的6個相關基因的表達水平。研究結果表明經褐飛虱取食後，抗性水稻品種上述6個基因的表達水平除了OSKSL7外均有先升高后降低的趨勢。我們推測前期升高是為了合成更多的對褐飛虱有傷害的代謝物，後期降低也許是此時已不需要合成此類物質，需把能量和物質更多地用於生長，因此此條途徑的代謝流下降。 3，通過NMR和GC-MS分析了褐飛虱取食抗感水稻後自身的代謝差異。主要是研究褐飛虱的核苷酸、有機酸、胺基酸、糖和脂肪酸等。研究結果表明：取食早期，抗性水稻上蟲子核苷酸、有機酸、胺基酸、糖和脂肪酸含量普遍低於感性水稻，推測蟲子在抗性水稻上吃的少；取食晚期，情況相反。長時間取食抗性水稻導致褐飛虱機體代謝全部受損，最後導致了褐飛虱死亡。 4，通過NMR和GC-MS分析了轉基因（含anti-trx-s基因）和野生型小麥種子在發育不同時期的代謝差異。研究結果表明：種子成熟期，anti-trx-s降低了整體代謝，抑制穗發芽；後熟期， anti-trx-s活化了整體代謝，恢複種子發芽能力。 以上研究結果為植物的抗逆抗病提供了很好的基礎數據，為育種提供了一定的理論支撐。
