摘要
脱落酸(abscisic acid，ABA)是植物的五大类激素之一，也是一种植物源生物化学农药，在植物体生长发育以及抵抗寒冷、高温、干旱、高盐等逆境胁迫中扮演着十分重要的角色。ABA在逆境下能够激活植株的防御保护机制，包括提升防御酶如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)等的活性，这一系列酶在清除多余的活性氧同时生产活性物质提高对植株的保护作用;诱导渗透调节物质如脯氨酸和可溶性糖的合成，提高植株的胁迫抗性;提高光合效率、调节气孔开度，减少水分蒸腾以维持机体稳定;促进抗性物质如亚麻酸和花青素等的合成等。目前有关ABA介导的水稻抗生物胁迫的研究还很少，已有的成果发现外源ABA在褐飞虱取食后促进水稻植株体内胼胝质的合成，形成一道屏障抵御褐飞虱的侵害，提高水稻抗虫性;同时研究发现ABA与茉莉酸(jasmonic acid,JA)互作，ABA激活JA介导的防御反应。9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶基因(OsNCED3)是ABA合成的一种关键基因，本论文以OsNCED3基因过表达(OE)、干扰(RNAi)和野生型水稻(WT)中花11为研究材料，研究其对褐飞虱的抗虫功能、褐飞虱为害后水稻的生理生化、激素含量、激素信号通路和防御基因表达以及转录组学分析，对ABA的抗虫机理进行了新的探索。研究结果如下: 1.转基因水稻的抗虫功能评估 接虫6h后褐飞虱更趋向于在RNAi水稻上取食，而OE水稻植株着虫数最少，到48h时RNAi和OE水稻上的着虫数分别较WT高出和减少了46.91％、37.03％;OE水稻植株平均受害级别显著低于WT14.64％，功能损失指数均显著低于WT9.41％;通过刺吸电位图(EPG)分析表明褐飞虱吸食OE水稻植株韧皮部汁液的时间较WT显著降低了20.13％。可见，OsNCED3过表达水稻对褐飞虱具有一定的抗性，也不利于褐飞虱的取食选择。 2.转基因水稻受褐飞虱为害后的生理生化变化 褐飞虱为害后，OE水稻植株体内抗虫活性物质类黄酮、草酸和可溶性糖含量显著提高，而感虫物质游离氨基酸含量显著降低;抗氧化酶SOD、POD和CAT在OE体内的活性始终高于WT和RNAi水稻，PPO的活性在褐飞虱取食后12h也显著提升。表明，OE水稻植株利于水稻抗虫物质合成及防御酶活性的提高。 3.转基因水稻受褐飞虱为害后的激素含量、激素信号通路和防御反应相关基因的表达 在未接虫时，OE水稻体内的ABA含量相比WT高出了36.52％,而在褐飞虱取食水稻6h后，OE水稻植株体内ABA含量较0h显著下降，此时ABA含量与WT相比无显著差异;另外，OE水稻体内JA和茉莉酸-异亮氨酸(JA-Ile)含量在接虫6h时显著上升，分别较WT高出了1307.52％和327.14％。JA转录激活因子OsMYC2、ABA分解关键基因OsABA8ox2和抗胁迫基因OsbZIP23、KSL4表达量均较WT显著上调，在接虫6h时最为明显。表明，OsNCED3基因过表达增强了水稻对褐飞虱的抗性。 4.转基因水稻受褐飞虱为害后的转录组学分析 对褐飞虱取食12h后OE、RNAi和WT水稻植株RNA文库进行转录组分析，结果表明，OE或RNAi与WT间的所有差异基因大多均上调表达，占彼此差异表达基因总数的75％以上;褐飞虱取食后，RNAi水稻植株与对照相比(未接虫)差异基因数量显著增加，显著高于OE和WT。GO功能注释分析表明差异基因被注释到每个GO功能上。褐飞虱取食后，具有相同GO功能的基因聚集并未增加。KEGG通路对差异基因进行了注释，这些差异基因大多与逆境胁迫和JA的生物合成有关。进一步说明了OsNCED3基因促进抗虫物质的产生及可能激活JA的抗虫防御反应。
NETL