水稻應(yīng)對(duì)褐飛虱取食的生理響應(yīng)及灰飛虱microRNA的研究.pdf

1、稻飛虱(rice planthoppers)是一類(lèi)重要的水稻害蟲(chóng)，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)水稻(Oryzasativa L.)產(chǎn)量造成嚴(yán)重的危害。稻飛虱主要包括褐飛虱(BPH，Niaparvata lugensStal)、灰飛虱（SBPH，Laodephax striatellus Fallén）和白背飛虱（WBPH，Sogatellafurcifera Horvath）三種，其中褐飛虱和白背飛虱通過(guò)取食水稻葉鞘汁液對(duì)其造成直接危害，同時(shí)也可傳布病毒

2、引起危害;而灰飛虱(SBPH，Laodephax striatellusFallén)則主要通過(guò)傳播病毒對(duì)其造成間接危害。長(zhǎng)期以來(lái)人類(lèi)都在尋求一種綠色高效的方法來(lái)應(yīng)對(duì)稻飛虱對(duì)農(nóng)業(yè)造成的危害。本研究通過(guò)對(duì)不同水稻抗褐飛虱鑒定，篩選出帶有Bph12和Bph14的野生稻資源，進(jìn)一步對(duì)褐飛虱取食不同抗性水稻后水稻體內(nèi)游離氨基酸和蛋白的變化，以及灰飛虱蟲(chóng)體本身與表觀調(diào)控有關(guān)的miRNA等角度對(duì)水稻和稻飛虱之間的關(guān)系進(jìn)行研究，旨在為探討不同水稻品種

3、對(duì)褐飛虱產(chǎn)生不同抗性的內(nèi)在分子機(jī)理提供一定的研究基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.利用氨基酸自動(dòng)分析儀的生理液系統(tǒng)對(duì)褐飛虱取食水稻0h、12h、24h、48h、96h后，水稻直接取食部分和間接取食部分的葉鞘游離氨基酸進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果顯示，褐飛虱取食不同時(shí)間后，抗蟲(chóng)水稻IRRI-IRGC-10173直接和間接取食部位的游離氨基酸總量均高于感蟲(chóng)水稻TN1。而且抗蟲(chóng)水稻IRRI-IRGC-10173的直接取食部分與間接取食部分游離氨

4、基酸總量的差值隨取食時(shí)間的延長(zhǎng)呈明顯上升趨勢(shì)，而感蟲(chóng)水稻TN1的差值卻逐漸下降。同時(shí)IRRI-IRGC-10173各個(gè)游離氨基酸的變化幅度均明顯高于TN1。表明抗蟲(chóng)水稻在褐飛虱取食后其代謝能力和運(yùn)輸能力增強(qiáng)，而感蟲(chóng)水稻則相反。其中天冬酰胺(Asn)和谷氨酰胺(Gln)以及天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可能跟水稻的抗性相關(guān)。
　　2.利用雙向電泳對(duì)感蟲(chóng)稻TN1、抗蟲(chóng)野生稻（IRRI-IRGC-10173和W118

5、1）未經(jīng)褐飛虱取食(0h，對(duì)照)和96h后的葉鞘蛋白進(jìn)行比較研究。質(zhì)譜鑒定結(jié)果顯示，受褐飛虱取食誘導(dǎo)后壓力脅迫蛋白、過(guò)氧化物相關(guān)酶、糖基水解酶、氨基酸代謝相關(guān)酶、有機(jī)酸代謝相關(guān)酶、蛋白修飾相關(guān)酶，光合作用相關(guān)蛋白和RNA結(jié)合蛋白等表達(dá)量有顯著變化。GO分析表明，這些蛋白主要跟代謝進(jìn)程、結(jié)合及催化等功能相關(guān)。同時(shí)，IRRI-IRGC-10173和W1811部分蛋白對(duì)二羧酸代謝途徑(osa00630)作用極為顯著。IRRI-IRGC-101

6、73中變化顯著的三個(gè)蛋白點(diǎn)A02(LOC_Os08g01930)、A25(LOC_Os11g06720)和X1(LOC_Os11g13890)可能受相應(yīng)水稻miRNA的調(diào)控。EF手性家族蛋白(EF hand family protein)僅在W1181中被褐飛虱取食后特異性誘導(dǎo)。而IRRI-IRGC-10173在多個(gè)方面均表現(xiàn)出較強(qiáng)響應(yīng)能力，其甘氨酸解離系統(tǒng)蛋白(Glycine cleavage system H protein)經(jīng)褐飛

7、虱誘導(dǎo)產(chǎn)生，在TN1中被誘導(dǎo)消失，W1181中卻不存在。由此可以推測(cè)，W1181和IRRI-IRGC-10173的抗蟲(chóng)性可能由于其不同的抗性基因存在不同的有效且獨(dú)特的抵御褐飛虱取食的機(jī)制。
　　3.本研究首次通過(guò)二代測(cè)序技術(shù)對(duì)灰飛虱的miRNA進(jìn)行了研究。共鑒定到501個(gè)成熟的miRNAs，其中包含227個(gè)保守的miRNA和274個(gè)新的miRNA。通過(guò)莖環(huán)逆轉(zhuǎn)錄PCR(Stem-loop RT-PCR)驗(yàn)證了鑒定到的miRNA的真

8、實(shí)性。對(duì)其中38個(gè)miRNA家族（69個(gè)miRNA）在動(dòng)物中保守性分析表明，其在節(jié)肢動(dòng)物門(mén)內(nèi)十分保守。應(yīng)用miRanda軟件預(yù)測(cè)到灰飛虱中378個(gè)miRNA的2701個(gè)靶標(biāo)基因。GO分類(lèi)顯示這些靶標(biāo)隸屬于52個(gè)不同功能單位，同時(shí)保守和新發(fā)現(xiàn)的miRNA在功能注釋上極其相似。
　　本研究通過(guò)抗褐飛虱鑒定對(duì)不同抗蟲(chóng)水稻抗性進(jìn)行評(píng)估，篩選出含不同抗性基因的抗蟲(chóng)品種。以此為材料，通過(guò)游離氨基酸和蛋白質(zhì)組的測(cè)定及研究，發(fā)現(xiàn)不同抗蟲(chóng)水稻在氨基