水稻應對褐飛虱取食的生理響應及灰飛虱microRNA的研究.pdf

1、稻飛虱(rice planthoppers)是一類重要的水稻害蟲，長期以來對水稻(Oryzasativa L.)產(chǎn)量造成嚴重的危害。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取食水稻葉鞘汁液對其造成直接危害，同時也可傳布病毒

2、引起危害;而灰飛虱(SBPH，Laodephax striatellusFallén)則主要通過傳播病毒對其造成間接危害。長期以來人類都在尋求一種綠色高效的方法來應對稻飛虱對農(nóng)業(yè)造成的危害。本研究通過對不同水稻抗褐飛虱鑒定，篩選出帶有Bph12和Bph14的野生稻資源，進一步對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，以及灰飛虱蟲體本身與表觀調(diào)控有關(guān)的miRNA等角度對水稻和稻飛虱之間的關(guān)系進行研究，旨在為探討不同水稻品種

3、對褐飛虱產(chǎn)生不同抗性的內(nèi)在分子機理提供一定的研究基礎。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.利用氨基酸自動分析儀的生理液系統(tǒng)對褐飛虱取食水稻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行測定。結(jié)果顯示，褐飛虱取食不同時間后，抗蟲水稻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水稻TN1。而且抗蟲水稻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間的延長呈明顯上升趨勢，而感蟲水稻TN1的差值卻逐漸下降。同時IRRI-IRGC-10173各個游離氨基酸的變化幅度均明顯高于TN1。表明抗蟲水稻在褐飛虱取食后其代謝能力和運輸能力增強，而感蟲水稻則相反。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.利用雙向電泳對感蟲稻TN1、抗蟲野生稻（IRRI-IRGC-10173和W118

5、1）未經(jīng)褐飛虱取食(0h，對照)和96h后的葉鞘蛋白進行比較研究。質(zhì)譜鑒定結(jié)果顯示，受褐飛虱取食誘導后壓力脅迫蛋白、過氧化物相關(guān)酶、糖基水解酶、氨基酸代謝相關(guān)酶、有機酸代謝相關(guān)酶、蛋白修飾相關(guān)酶，光合作用相關(guān)蛋白和RNA結(jié)合蛋白等表達量有顯著變化。GO分析表明，這些蛋白主要跟代謝進程、結(jié)合及催化等功能相關(guān)。同時，IRRI-IRGC-10173和W1811部分蛋白對二羧酸代謝途徑(osa00630)作用極為顯著。IRRI-IRGC-101

6、73中變化顯著的三個蛋白點A02(LOC_Os08g01930)、A25(LOC_Os11g06720)和X1(LOC_Os11g13890)可能受相應水稻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。而IRRI-IRGC-10173在多個方面均表現(xiàn)出較強響應能力，其甘氨酸解離系統(tǒng)蛋白(Glycine cleavage system H protein)經(jīng)褐飛

7、虱誘導產(chǎn)生，在TN1中被誘導消失，W1181中卻不存在。由此可以推測，W1181和IRRI-IRGC-10173的抗蟲性可能由于其不同的抗性基因存在不同的有效且獨特的抵御褐飛虱取食的機制。
　　3.本研究首次通過二代測序技術(shù)對灰飛虱的miRNA進行了研究。共鑒定到501個成熟的miRNAs，其中包含227個保守的miRNA和274個新的miRNA。通過莖環(huán)逆轉(zhuǎn)錄PCR(Stem-loop RT-PCR)驗證了鑒定到的miRNA的真

8、實性。對其中38個miRNA家族（69個miRNA）在動物中保守性分析表明，其在節(jié)肢動物門內(nèi)十分保守。應用miRanda軟件預測到灰飛虱中378個miRNA的2701個靶標基因。GO分類顯示這些靶標隸屬于52個不同功能單位，同時保守和新發(fā)現(xiàn)的miRNA在功能注釋上極其相似。
　　本研究通過抗褐飛虱鑒定對不同抗蟲水稻抗性進行評估，篩選出含不同抗性基因的抗蟲品種。以此為材料，通過游離氨基酸和蛋白質(zhì)組的測定及研究，發(fā)現(xiàn)不同抗蟲水稻在氨基