若干新发现的虫害诱导水稻脂氧合酶基因的功能解析

茉莉酸（JA）途径和氢过氧化物裂解酶(HPL)途径在植物诱导防御反应中起重要作用，而植物脂氧合酶(LOX)基因是调控这两条途径的关键基因。水稻基因组中存在15个之多的LOX基因，目前只对其中2个LOX基因进行过功能研究。我们发现水稻中有9个LOX基因受虫害胁迫所调控，本项目将选择若干（2-3个）与虫害诱导防御反应有关的LOX基因，主要通过转录谱、蛋白催化特性和亚细胞定位等分析，并构建单个LOX基因或双LOX基因的过量表达、功能缺损突变体，应用反向遗传学的方法对LOX基因功能进行解析，明确其对水稻JA合成和HPL途径绿叶性气味释放的影响，以及在水稻对二化螟、褐飞虱等取食诱导防御反应中的作用，并初步探讨水稻LOX基因之间的相互关系。本项目的研究，可望加深对水稻脂氧合酶基因家族的了解，增加对水稻诱导抗虫防御反应分子机理的认识，鉴定出与抗虫相关的新LOX基因，为抗虫水稻品种的选育提供分子理论依据。

本研究结合基因芯片、实时荧光定量PCR等分子生物学、反向遗传学、生理生化、行为生测等技术，研究水稻脂氧合酶家族基因在水稻诱导抗虫防御反应中的作用，结果如下.1、虫害调控水稻水稻LOX家族基因谱.研究揭示水稻基因组15个LOX基因中，有9个LOX基因为虫害胁迫应答反应基因，对虫害胁迫反应9个LOX基因在转录水平上存在反应强度和时序上存在差异，即不同水稻LOX基因在水稻诱导防御反应中存在特异性；.2、重要水稻LOX基因r9-LOX1基因的功能分析.1）克隆了水稻r9-LOX全长序列，获得3个该基因反义抑制突变体纯合品系，并进行的抗虫功能和机理研究；首次证实r9-LOX1是一个叶绿体定位的C9催化LOX1基因；.2）揭示r9-LOX基因在根中表达丰度最高，同时虫害胁迫、机械损伤、茉莉酸JA和水杨酸SA处理都能诱导该基因表达，暗示该基因参与多种防御信号的调控；.3）反义抑制r9-LOX1表达增加水稻虫害诱导的JA、LeA的积累，促进抗虫蛋白TrypPI的积累，但虫害诱导的叶绿性气味顺-3-己烯醛释放减少；反义抑制r9-LOX1增加水稻对二化螟的抗性，这种抗虫性的增加与反义抑制突变体LeA和JA含量增加、及TrypPI过量积累正相关；相反，反义抑制降低对褐飞虱的抗性，表现为以反义抑制突变体水稻为食的褐飞虱存活率显著升高，并探明这个现象与突变体品系体内JA含量增加有关但与SA含量上升无关；结果表明，r9-LOX1基因是一个重要的抗虫基因，其在调控水稻体内JA和SA、JA和GLV相互平衡中起重要作用，在水稻抗虫防御反应中起关键的作用。.3、重要水稻LOX基因OsRCI-1的抗虫功能分析.1）OsRCI-1是一个二化螟和褐飞虱取食快速诱导的LOX基因，该基因遗传进化树分析与其它水稻LOX基因相似度较远，独成一类，说明该基因有特殊的功能；.2) 克隆了该基因的全长序列，获得该基因的RNAi干扰转基因纯合品系3个；.3）与r9-LOX1的功能相反，取食OsRCI-1基因的RNAi干扰转基因突变体水稻二化螟体重显著地增加，说明OsRCI-1基因正调控水稻对二化螟的抗性。.综上所述，各水稻脂氧合酶家族LOX基因成员在水稻诱导防御反应中起不同的功能, r9-LOX和OsRCI-1在水稻诱导防御反应中起重要的作用。