目录
摘要1
关键词1
Abstract2
Key words2
引言3
1 材料与方法5
1.1 实验材料 5
1.2 激素处理与表型鉴定、取样方法 5
1.3 激素测试方法6
1.4 基因表达分析6
1.5 数据分析与处理6
2 结果7
2.1 褐飞虱取食诱导乙烯合成关键基因表达7
2.2 乙烯降低了水稻对褐飞虱的抗虫性7
2.3 乙烯抑制水杨酸的合成9
3 讨论 12
致谢13
参考文献14
乙烯在水稻抗褐飞虱反应中的作用机理初探
摘要
水稻（Oryza sativa L.）是世界上最重要的主粮作物之一，褐飞虱（Nilaparvata lugens Stål）是危害水稻生产的首要害虫，利用品种抗性被认为是防治褐飞虱最为经济有效的手段，水稻与褐飞虱互作机制的研究对利用品种抗性防治褐飞虱具有重要指导意义。乙烯作为一种重要激素，参与了植物对多种逆境的响应，然而其在水稻抗褐飞虱反应中的作用尚不明确。我们通过对外源施用乙烯类化学调节剂后的水稻植株进行抗虫表型鉴定，并进一步利用一系列乙烯信号途径遗传材料的表型鉴定以证明乙烯对抗性的调控效果；另外，利用qRTPCR进行基因表达分析以及测定激素含量以进一步证明我们的假设。我们的研究表明，乙烯负调控水稻对褐飞虱抗性，并且，乙烯信号与水杨酸积累量呈负相关。基因表达分析研究发现乙烯负调控水杨酸合成关键基因OsICS1表达，抑制了水杨酸积累，从而负调控水稻对褐飞虱抗性。总之，我们证明了水稻中的乙烯信号可能通过抑制水杨酸合成从而负调控水稻对褐飞虱抗性。这一结果有利于理解激素信号转导在水稻抗虫反应中的机理，为育种研究提供参考。
引言
自从有农业文明以来，人类与病虫害争夺食物来源的“斗争”就未曾停止过。水稻（亚洲栽培稻，Oryza sativa L.）广泛在亚洲地区种植，养活了世界上近半数的人口。褐飞虱（Nilaparvata lugens Stål, Brown Planthopper, BPH）是一种专一性 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^351916072# 
取食水稻的害虫，对水稻生产造成巨大威胁。褐飞虱属于半翅目（原同翅目）飞虱科稻飞虱属的昆虫，使用刺吸式口器取食水稻叶鞘、茎秆韧皮部的汁液，摄取以蔗糖为主的各类营养物质[1]。褐飞虱具有较强迁飞能力、种群基数大，时常在田间造成危害，严重时引起稻株枯萎死亡，造成田间“虱烧（Hopper Burn）”、“冒穿”等现象，导致水稻减产甚至绝收；不仅如此，褐飞虱还可以通过传播两种病毒病，即草状丛矮病和齿叶矮缩病，进一步威胁水稻生产[1]。目前对褐飞虱的防治主要依赖吡虫啉等化学农药，而化学农药的大量使用不仅造成农药残留等环境污染问题、导致害虫天敌的死亡，还会促使昆虫耐药性的产生，破坏了生态平衡；而种植携带抗性基因的抗虫品种水稻被认为是防治褐飞虱最为经济而有效的途径[23]。
目前已经报导和定位了接近40个水稻抗褐飞虱位点，但其中只有8个通过图位克隆的方式被克隆，依次为Bph14、Bph26、Bph3、Bph29、Bph18、Bph9、Bph32、Bph6[411]。Bph14最早被克隆，该基因编码一个CCNBLRR（CoiledCoil, Nucleotide Binding, LeucineRich Repeat）蛋白，是抗病反应中典型的NLR类R蛋白；Bph14可激活水杨酸（Salicylic acid, SA）信号途径，另外，蛋白酶抑制剂合成和褐飞虱取食部位的筛管胼胝质积累显著增加，由此产生褐飞虱抗性[4]。此外，Bph9、Bph18和Bph26位于同一基因座，且均编码CCNBLRR蛋白[5,8,9]，与植物抗病反应中介导ETI（EffectorTriggered Immunity）的R基因有相同结构和类似功能。Bph3是由3个植物凝集素受体激酶（O. sativa Lectin Receptor Kinase, OsLecRKs）基因串联重复组成的抗性基因簇[6]，而LecRK可以作为一种模式识别受体（Pattern Recognition Receptor, PRR）参与介导植物的基础免疫PTI（PathogenAssociatedMolecularPatternTriggered Immunity）反应。除了提供和PTI、ETI类似的机制，水稻抗褐飞虱的主效基因还有其他许多类型。bph29是第一个被克隆的隐性抗褐飞虱基因，位于第6染色体短臂，编码一个包含B3DNAbinding domain的假定蛋白，可能通过激活SA途径而抑制茉莉酸（Jasmonic acid, JA）途径从而产生对褐飞虱的抗性[7]。Bph32也位于第6染色体短臂，编码一个SCR domain的蛋白，定位于细胞膜上，通过未知途径产生褐飞虱抗性[10]。Bph6是一个功能未知的假定蛋白，可以和外泌复合体的EXO70亚基直接互作，并被运输到细胞外、发挥稳定细胞壁的功能[11]。这些结果暗示了植物对抗病原菌的防卫反应和植物抗虫反应中可能存在类似的机理。褐飞虱通过刺吸式口器特异性地取食活体水稻，取食部位能够产生唾液鞘的结构，这些行为与活体营养型病原菌有着相似之处。因此，研究水稻抗褐飞虱防卫反应的分子机制，对于合理开发与利用抗性基因具有参考意义，有利于水稻抗病虫害育种的工作。
植物没有神经系统和免疫器官，但却能够适应多变的生态环境和应对各种生物及非生物胁迫。植物激素（phytohormone）作为一种信号分子，在植物调控自身稳态和传递信号上发挥着核心作用，也能够参与协调植物生长防卫的平衡（growthdefense tradeoff）。乙烯（Ethylene, ET）是分子量仅28的气体激素，却在植物整个生长发育过程中起着至关重要的作用。拟南芥响应乙烯表现为经典的“三重反应（triple response）”，即根和下胚轴变短、下胚轴横向增粗、顶钩弯曲增加[12]，而水稻却表现为“二重反应”，即胚芽鞘伸长和根变短，与其他单双子叶植物均有不同，说明了水稻的乙烯信号转导可能存在独特机制[13]。植物体内，乙烯的生物合成从甲硫氨酸（Met）开始，由S腺苷甲硫氨酸（SAdenosylmethionine, SAM）合酶（SAM Synthase, SAMS）合成SAM，由杨氏循环（Yang Cycle）进行SAM的积累[14]，之后SAM被1氨基1羧基环丙烷羧酸（ACC）合酶（ACC Synthase, ACS）合成为ACC，ACC作为乙烯的直接前体，被ACC氧化酶（ACC oxidase, ACO）氧化为乙烯[15]。ACS是乙烯合成过程的限速酶，ACS家族基因至少有9个拷贝，分别发挥着不同功能，对植物生长发育的调控至关重要[16]。已被发现的乙烯受体有ETR1、ETR2、ERS1、ERS2、EIN4等，均是定位于内质网膜上的跨膜蛋白；乙烯受体能够组成型地激活下游蛋白CTR1/2（Constitutive Triple Response 1/2），CTR可以通过磷酸化下游EIN2（Ethylene Insensitive 2）蛋白的羧基端多肽结构域限制其的剪切，并抑制乙烯反应，因此CTR为乙烯信号的抑制因子[1718]。当乙烯增多时，乙烯受体失去对CTR激活能力，即通过去抑制作用激活乙烯下游信号。EIN3（Ethylene Insensitive 3）和EIL1（EIN3Like 1）是乙烯信号转导末端的关键蛋白，能被核内的EBF1/2泛素化降解；入核的EIN2能够抑制EBF1/2的泛素化功能并降解其mRNA从而正调控EIN3/EIL1积累[17]。EIN3/EIL1具有转录因子功能，能结合多种基因启动子调控其表达，EIN3/EIL1调控的基因包括ERFs（Ethylene Response Factors），ERFs也是转录因子，其下游又能调控多个家族基因的表达[17,19]，说明乙烯信号能够调控大量基因的表达以实现针对各种环境变化的乙烯响应，且EIN3/EIL1在其中扮演了“中枢”的角色。水稻中，乙烯合成和信号转导途径中的大部分同源基因都相继被发现，其基本功能大体上与拟南芥中类似，但具体的分子机制没有被很好地验证[13]。

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