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高温干旱下缩节胺通过调节碳和氨基酸代谢提高Bt棉杀虫蛋白含量的生理机制

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[目的]探讨高温干旱胁迫下缩节胺(mepiquat chloride,DPC)调控Bt(Bacillus thuringiensis)棉杀虫蛋白含量的生理机制,为高抗虫性Bt棉品种选育及高产高效栽培提供理论依据.[方法]2020—2021年以转Bt抗虫基因抗虫棉品种泗抗3号为材料,采用盆栽法,在人工气候室进行高温干旱胁迫,胁迫开始后立即用20 mg·L-1 DPC和清水(对照)喷施.7 d后测定铃壳杀虫蛋白含量、α-酮戊二酸含量、丙酮酸含量以及谷氨酸合酶活性、谷氨酸草酰乙酸转氨酶活性、可溶性蛋白含量、游离氨基酸含量.并进行转录组测序,利用DESeq进行差异基因分析,通过GO富集和KEGG Pathway数据库注释参与DPC调节杀虫蛋白含量的差异表达基因.[结果]与清水对照相比,DPC可显著提高高温干旱条件下Bt棉铃壳中杀虫蛋白含量,提高幅度达4.7％—11.9％.在碳代谢方面,α-酮戊二酸含量、丙酮酸含量提高46％—57％和25％—29％;在氨基酸代谢方面,谷氨酸合酶活性、谷氨酸草酰乙酸转氨酶活性、可溶性蛋白含量、游离氨基酸含量分别提高32％—44％、30％—40％、28％和22％—27％.转录组分析结果表明,DPC处理后上调基因7542条,下调基因10449条.GO和KEGG结果显示,差异基因主要涉及氨基酸代谢、碳代谢等生物过程.其中编码6-磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶、谷氨酸丙酮酸转氨酶、丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶、谷氨酸合酶、吡咯啉-5-羧酸脱氢酶、谷氨酸草酰乙酸转氨酶、N-乙酰谷氨酸合成酶、乙酰鸟氨酸脱乙酰酶基因表达显著上调.[结论]高温干旱下,DPC通过调节碳、氨基酸代谢增加丙氨酸、α-酮戊二酸含量,提高天冬氨酸、谷氨酸、丙酮酸和精氨酸合成能力,进而提高Bt棉杀虫蛋白含量.
Mepiquat Chloride Increases the Cry1Ac Protein Content Through Regulating Carbon and Amino Acid Metabolism of Bt Cotton Under High Temperature and Drought Stress

邢羽桐、滕永康、吴天凡、刘媛媛、陈源、陈媛、陈德华、张祥

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扬州大学农学院/江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点,江苏扬州 225009

Bt棉 缩节胺 杀虫蛋白 氨基酸代谢 碳代谢

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3190146222KJA210005BK20191439PPZY2015A060

2023

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.08.004

中国农业科学
中国农业科学院

中国农业科学

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.899
ISSN：0578-1752
年,卷(期)：2023.56(8)
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