類受體蛋白激酶基因OsHi-RLK2及OsHi-PSKR在水稻蟲害誘導(dǎo)防御反應(yīng)中的作用與機(jī)理.pdf

1、類受體蛋白激酶（receptor-like kinases，RLKs）是一類定位于細(xì)胞質(zhì)膜的模式識別受體，能感知各類胞外信號并將其轉(zhuǎn)換成胞內(nèi)的各種內(nèi)在反應(yīng)。已有研究表明，類受體蛋白激酶在植物的生長發(fā)育以及對病原菌的防御方面發(fā)揮著重要作用。然而，有關(guān)類受體蛋白激酶在植物抗蟲反應(yīng)中的作用還了解得很少，調(diào)控機(jī)制更是不清楚。因此，本文以水稻（Oryza sativa）及其害蟲二化螟（Chilo suppressali，SSB）與褐飛虱(Nila

2、parvata lugens，BPH)為研究對象，剖析了水稻富亮氨酸重復(fù)類受體蛋白激酶(leucine-rich repeatreceptor-like kinases，LRR-RLKs) OsHI-RLK2和OsHI-PSKR在水稻蟲害誘導(dǎo)防御反應(yīng)中的作用及其調(diào)控機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　1)克隆獲得的OsHI-RLK2基因開放閱讀框3384 bp，編碼含有1127個氨基酸的蛋白，包含富亮氨酸重復(fù)序列胞外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和

3、胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域，為典型的類受體蛋白激酶。表達(dá)譜分析表明，機(jī)械損傷能迅速而強(qiáng)烈地誘導(dǎo)OsHI-RLK2轉(zhuǎn)錄水平的上升;SSB取食與茉莉酸(jasmonic acid，JA)處理能在后期誘導(dǎo)OsHI-RLK2的表達(dá);而水楊酸(salicylicacid，SA)處理不影響該基因的轉(zhuǎn)錄水平。沉默OsHI-RLK2不影響水稻的生長，但卻降低SSB為害誘導(dǎo)的OsMPK3與OsMPK6活性、OsMPK3和3個防御相關(guān)WRKY轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄水平以及SS

4、B誘導(dǎo)的JA和乙烯(ethylene，ET)含量及其合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平;而JA和ET合成損傷突變體以及兩個WRKY沉默品系不影響OsHI-RLK2的轉(zhuǎn)錄水平。沉默OsHI-RLK2也導(dǎo)致水稻綠葉性氣味以及防御化合物胰蛋白酶抑制劑含量的減少，并降低對SSB的抗性。以上結(jié)果表明，OsHI-RLK2可能是水稻識別SSB為害的一個受體，在水稻抵抗SSB為害的早期防御反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。
　　2) OsHI-RLK2在BPH雌成蟲產(chǎn)卵

5、為害12h后轉(zhuǎn)錄水平上升，但卻幾乎不受BPH若蟲為害的誘導(dǎo)。轉(zhuǎn)錄水平與化學(xué)分析表明，沉默OsHI-RLK2降低BPH為害誘導(dǎo)的OsMPK6和WRKY轉(zhuǎn)錄因子OsWRKY30的mRNA水平以及BPH誘導(dǎo)的JA和ET含量，但卻提高BPH誘導(dǎo)的信號分子SA和H2O2以及水稻揮發(fā)物2-庚酮、2-庚醇、芳樟醇等的含量。室內(nèi)與田間的生測結(jié)果表明，沉默OsHI-RLK2降低BPH雌成蟲對水稻的取食和產(chǎn)卵嗜好性、導(dǎo)致BPH若蟲和卵的死亡率提高，并減少了

6、田間BPH和白背飛虱的種群數(shù)量。上述結(jié)果表明，與在水稻抗二化螟中的作用不同，OsHI-RLK2負(fù)調(diào)控水稻對刺吸式口器害蟲BPH的抗性。
　　3)沉默OsHI-PSKR能顯著提高BPH誘導(dǎo)的MPK基因OsMEK4、OsMPK3和OsMPK6以及WRKY轉(zhuǎn)錄因子OsWRKY70、OsWRKY53、OsWRKY30和OsWRKY24的轉(zhuǎn)錄水平，并增加水稻中BPH誘導(dǎo)的信號分子JA、JA-Ile、SA和ET的含量。外用H2O2處理表明，O

7、sHI-PSKR沉默后H2O2含量的升高是沉默品系對BPH抗性提高的一個重要原因。田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沉默OsHI-PSKR顯著降低了BPH的種群密度。這些研究結(jié)果表明，OsHI-PSKR是水稻誘導(dǎo)防御反應(yīng)中的一個早期調(diào)節(jié)元件，可以通過調(diào)節(jié)MPK級聯(lián)途徑、WRKY轉(zhuǎn)錄因子以及防御相關(guān)的JA、JA-Ile、SA、ET和H2O2等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)控水稻對BPH的抗性。
　　綜上，LRR-RLKs在水稻的蟲害誘導(dǎo)防御反應(yīng)中起著十分關(guān)鍵的作用，