脱落酸调控水稻胼胝质沉积的机制及在水稻和褐飞虱互作中的作用

Callose is a kind of plant cell wall polysaccharides, playing an important role in resisting bacteria,viruses and pests. The brown planthopper (BPH), Nilaparvata lugens St?l (Hemiptera: Delphacidae) is a piercing-sucking pest, ingesting nutrients specifically from the rice phloem using its piercing moughparts (stylet)，and causes widespread destruction of rice crops and heavy losses of yields. The deposition of callose is adverse to the feeding of BPH. However, the regulatory mechanism of plant defense responses of callose in plants has not been explained in depth. Many studies indicated that abscisic acid (ABA), a stress hormone can induce the deposition of callose in the early period of bacteria and viruses invasion, but has not be found in pest. Now our research team has indicated that exogenous ABA can improve rice resistance to insect.Therefore,this project will use representative varieties of rice disposed by ABA and inhibitors fluridone (FLU),and then feeded by BPH to study the regulatory mechanism, especially its molecular mechanism of the deposition of callose and its key genes RNAi validation,and insect-resistance identification of genetically modified rice.Our research about the deposition of callose in cell wall of rice regulated by ABA can not only provide the supplement for the insect-resistant mechanism, but also put forward a new theory basis for breeding resistant rice cultivar.And it will offer the theory support for developing micromolecule alternative pesticides to replace ABA in agriculture and also provide reference for the integrated management of other piercing-sucking pests.

胼胝质是一种植物细胞壁多糖，在植物抗病、病毒及害虫中起到重要的作用。褐飞虱刺吸韧皮部汁液危害水稻，造成产量损失。已有研究表明胼胝质的沉积不利于褐飞虱的取食，但胼胝质参与植物防卫反应的调控机制尚未得到深入阐明。脱落酸是胁迫型激素，在生物侵害早期诱导植物体胼胝质的形成，在抗病菌及病毒的研究中较多，在害虫中未见研究报道。本课题组的研究已初步表明外源脱落酸（ABA）施用可增强水稻的抗虫性。本项目利用外源ABA和ABA合成抑制剂（氟啶草酮，FLU）处理水稻并接种褐飞虱研究ABA对水稻胼胝质沉积调控机制特别是分子机制及对影响胼胝质形成的关键基因进行RNAi验证，并进行转基因水稻苗期抗虫性鉴定。从ABA调控水稻细胞壁胼胝质沉积的机制研究为发展水稻抗虫机理作出新的探索，为水稻抗虫品种的选育提出了理论依据，并为未来可施用于农业的ABA替代小分子的研发提供了理论支持，还为其它刺吸式口器害虫的综合治理提供参考。

胼胝质是一种植物细胞壁多糖，在植物的抗病、病毒及害虫中起到重要的作用。褐飞虱是一种刺吸式口器害虫，在水稻叶鞘韧皮部吸取汁液威胁水稻，刺吸式口器的害虫与咀嚼式口器的害虫取食后产生的影响不同，同病原菌及病毒对植物侵害产生相似的反应。近期的研究表明胼胝质的沉积不利于褐飞虱的取食，即增强了水稻的抗虫性，但胼胝质参与植物防卫反应的调控机制尚未得到深入阐明。脱落酸(ABA）作为一种胁迫型激素，在生物侵害早期诱导植物体产生防御反应，抵御生物的侵害。生物胁迫后，ABA诱导了胼胝质形成，在病菌及病毒的研究中较多，在害虫中尚未见研究报道。本课题研究ABA调控水稻胼胝质沉积的机制特别及对胼胝质形成的关键基因进行验证。EPG分析表明外源ABA增强水稻的抗虫性，水稻胼胝质沉积面积随着外源ABA的浓度增加而增加；15μmol/L氟啶草酮（FLU）处理TN1后N4波持续时间最长，而IR42的N4波的持续时间无显著变化；褐飞虱取食胼胝质沉积面积均显著高于FLU和FLU+BPH处理，FLU抑制了水稻的胼胝质沉积，褐飞虱取食对不同水稻品种的影响不同；OsABA8ox3突变体胼胝质沉积面积显著高于WT，且褐飞虱取食后胼胝质沉积面积也有所增加。构建了胼胝质水解酶基因突变体，从水稻植株的受害程度来看，接种褐飞虱后，WT水稻基本枯死，Gns5突变体次之，受害程度最低的是Osg1突变体；与WT相比，外源ABA处理并接种褐飞虱后，WT和Gns5突变体的平均受害级别显著降低，Osg1突变体变化不显著。Osg1和Gns5突变体在NP波(口针未刺探)上的持续时间明显小于WT；在N4波所代表的吸食韧皮部时产生的波形中，Osg1突变体显著下降。由此表明外源ABA增强水稻抗虫性，FLU抑制水稻抗虫性，OsABA8ox3突变体增强水稻抗虫性，而胼胝质沉积是增强水稻抗虫性的重要因素之一。本研究从ABA调控水稻细胞壁胼胝质沉积的机制研究为发展水稻抗虫性机理作出新的探索，并为未来可施用于农业的ABA替代小分子的研发提供了理论支持；褐飞虱作为一种刺吸式口器害虫的代表，本项目的研究将为其它刺吸式口器害虫的综合治理提供参考。