水稻抗虫物质麦黄酮刺激引发褐飞虱唾液蛋白质组应答反应研究

Tricin (3',5'-dimethoxy-4',5,7-trihydroxyflavone) had been proven to be a key plant secondary metabolites of rice in actively response to rice brown planthopper Nilaparvata lugens (Stål). The results of our preliminary studies had showed that tricin can speed the stylet probing frequency and shorten the probing duration during the feeding of BPH. Moreover, largely BPHs infestation may cause the metabolite inhibition of tricin in rice plants. However, the regulatory factor is unclear that what and how inhibits the metabolite of tricin in rice plant during the BPHs infestation. In this study, the objective is to identify saliva protein targets involved tricin stimulation in N. lugens and clarify the protein response of saliva gland of BPH response to tricin stimulating. iTRAQ quantitative proteomics techniques might be used to differential expressed proteins in saliva glands of BPHs between before and after tricin stimulation and different stimulating duration. Then, qRT-PCR technique might be used to check the expression of key differential protein genes after tricin stimulation. This work will clarify the effect of tricin stimulation on saliva glands physiological metabolites and stress responses mechanism of BPH in molecular level. The results of this study are better for us to clarify the molecular interaction mechanism between the pest BPH and host plant rice relating rice secondary metabolite tricin, and it is also beneficial for tricin containing-rice varieties breeding and BPH control in the future.

麦黄酮已被证实是水稻含有的一种对褐飞虱具有生物活性的次生代谢物。申请者前期研究表明，麦黄酮可以令褐飞虱在取食过程中口针刺探频率显著加快，持续吸食时间缩短。并发现褐飞虱胁迫取食可抑制水稻体内麦黄酮代谢。但褐飞虱胁迫取食抑制水稻麦黄酮代谢具体机制尚不清楚。本项目拟围绕麦黄酮刺激引发褐飞虱唾液蛋白质组应答反应展开研究，利用iTRAQ定量蛋白质组学技术寻找麦黄酮经体外介导刺激前、后，以及不同刺激时间作用下褐飞虱唾液中的差异表达蛋白及关键差异蛋白的时序表达，并在基因表达水平对关键差异蛋白基因进行实时荧光定量PCR检测。该研究将从分子水平揭示麦黄酮刺激对褐飞虱唾液腺生理代谢影响及褐飞虱的应激反应机制。研究结果有利于揭示褐飞虱与水稻间关于麦黄酮的分子互作机制，同时为含麦黄酮水稻品种抗性改良和褐飞虱综合防治提供帮助。

害虫寄主适应性是造成农作物抗性品种使用年限缩短主要原因，揭示寄主适应机制是目前植保科学研究的热点问题。褐飞虱是一种寡食性昆虫，与水稻之间存在长时间协同进化，水稻品种抗虫性与褐飞虱寄主适应性此消彼长，两者之间的互作关系研究对褐飞虱致害性机制研究和水稻抗虫育种具有重要科学意义。麦黄酮已被证实是水稻含有的一种对褐飞虱具有生物活性的次生代谢物，麦黄酮对褐飞虱的生长发育具有明显抑制作用。本项目前期研究结果表明，褐飞虱胁迫取食可抑制水稻体内麦黄酮代谢水平，降低水稻对褐飞虱的抗虫性。但褐飞虱胁迫取食抑制水稻麦黄酮代谢具体机制尚不清楚。本项目围绕麦黄酮刺激引发褐飞虱转录组和唾液蛋白质组应答反应展开研究，利用iTRAQ定量蛋白质组学技术寻找麦黄酮经体外介导刺激前、后，以及不同刺激时间作用下褐飞虱唾液中的差异表达蛋白及关键差异蛋白时序表达，并在基因表达水平对关键差异蛋白基因进行实时荧光定量PCR检测。研究结果表明，麦黄酮刺激促使褐飞虱出现24个差异上调基因，63个差异下调基因；麦黄酮处理褐飞虱6h出现62个差异上调蛋白，28个差异下调蛋白；处理24h出现10个差异上调蛋白，17个差异下调蛋白。差异蛋白的生物信息学分析表明麦黄酮刺激引起褐飞虱唾液腺丝氨酸蛋白酶及其同系物产生显著变化。另外，唾液腺差异蛋白中以应激蛋白和代谢类蛋白为主，占比50%以上，主要参与氨基酸代谢、唾液分泌系统、能量代谢、碳水化合物代谢等通路。而qPCR分析结果表明唾液蛋白基因salivap-7表达量与空白对照相比上调11.5倍，该候选基因的确定将为进一步揭示褐飞虱抑制水稻体内麦黄酮代谢分子机制奠定基础。最后，本项目研究结果也为我们理解褐飞虱对寄主植物黄酮类化合物的适应性提供帮助。