水稻克隆植株间防御信号传递的分子机理

克隆植物通过克隆生长形成由相连分株和间隔子组成的克隆植物网络，该网络具有生理整合作用，使资源在网络中得到重新分配与合理利用。研究克隆网络是否具有防御通讯功能进而使克隆植物在遇到病虫害袭击时可以产生网络系统抗性具有重要意义。本项目拟以单子叶分蘖型克隆植物水稻为材料，让褐飞虱和稻纵卷叶螟取食水稻克隆分株（供体），然后测定没有虫害的健康克隆分株（受体）的抗虫性变化；抗虫相关酶活性的变化；通过实时定量RT-PCR等方法，研究对受体分株蛋白酶抑制剂基因和防御反应基因、水杨酸和茉莉酸信号转导途径关键酶合成基因表达的影响。使用信号转导途径关键酶合成基因沉默的转基因材料，结合使用带同位素的信号物质进行示踪，阐明从供体到受体分株传递的信号分子。研究将从分子水平上揭示水稻不同克隆分株间化学通讯和水稻克隆植物网络的诱导系统抗虫性，对阐明克隆植物网络的生态学功能和水稻虫害控制具有重要意义

虫害诱导的植物防御反应一直是植物与昆虫相互作用关系研究中的一个重点。通过利用植物诱导产生的间接和直接防御反应来控制害虫，有利于保护环境恢复自然生态平衡，增加生物的多样性。本课题以单子叶分蘖型克隆植物水稻为研究对象，在水稻主茎（供体分株）上用褐飞虱取食或者是SA处理，然后测定分蘖（受体分株）的抗虫性变化；主茎和分蘖上抗虫相关酶活性和抗虫相关基因表达的变化。主要结论如下：.1. 水稻主茎被褐飞虱取食或者SA处理后，受体分株分蘖上褐飞虱分泌的蜜露量和存活率明显降低。褐飞虱取食水稻主茎（供体分株）48 h后，取食水稻一级分蘖（受体分株）的褐飞虱分泌的蜜露量，明显低于未被取食的对照。说明水稻主茎被褐飞虱取食后，褐飞虱在一级分蘖上的取食量减少，其一级分蘖的抗性增强。水稻主茎用SA涂抹48 h后，取食水稻一级分蘖的褐飞虱分泌的蜜露量，明显低于未被SA涂抹的对照。说明水稻主茎用SA处理后，褐飞虱在一级分蘖上的取食量减少，其一级分蘖的抗性增强。褐飞虱取食水稻主茎48 h后，取食水稻一级分蘖的褐飞虱若虫的存活率明显低于未被取食过的对照，说明水稻主茎被褐飞虱取食后，与主茎有克隆网络连接的一级分蘖的抗虫性增强。水稻主茎用SA涂抹48 h后，取食水稻一级分蘖的褐飞虱若虫的存活率明显低于未被SA涂抹的对照，说明水稻主茎用SA处理后，其一级分蘖的抗性增强。.2. 褐飞虱取食水稻主茎导致主茎和有克隆网络相连的一级分蘖叶鞘中与防御有关酶活性增高，胰蛋白酶抑制剂的含量升高。说明克隆植物水稻在被植食性昆虫取食主茎时，有虫害的水稻主茎不仅可以调节自身的保护酶防御系统，而且可以通过克隆植物网络使没有虫害的健康克隆分株（分蘖，受体）也启动了保护酶防御系统，增强分蘖的抗虫能力。.3. 褐飞虱取食水稻主茎可以提高主茎和其克隆相连的分蘖叶鞘中内源激素JA和SA的含量，诱导主茎和其克隆相连的分蘖叶鞘中水杨酸信号转导途径PAL基因和病原相关蛋白基因PR1、NPR2及茉莉酸信号转导途径AOC、AOS基因的超量表达。说明克隆植物水稻在被植食性昆虫取食主茎时，有虫害的克隆分株（主茎，供体）和无虫害的健康克隆分株（分蘖，受体）都会启动水杨酸和茉莉酸途径的防御信号途径，进而激活抗虫防御反应。.这些结果表明：水稻克隆植株之间存在防御信号通讯网络，当一个克隆分株受到虫害袭击后，水稻将启动克隆植株间的防御信号通讯。