桃蚜取食对抗、感蚜辣椒品种水杨酸、茉莉酸信号途径的影响

为了明确水杨酸及茉莉酸信号途径在辣椒抗蚜性中的重要作用,本研究在获得遗传稳定的抗、感蚜参照辣椒品种的基础上,系统开展了桃蚜为害前后抗、感蚜参照辣椒品种叶组织中水杨酸、茉莉酸含量及相关基因表达量的差异分析。结果表明,桃蚜为害后,水杨酸含量在抗蚜辣椒品种‘猪大肠’（ZDC）和感蚜辣椒品种‘大羊角椒’（DYJJ）中均比为害前显著提高,而茉莉酸含量在ZDC中显著提高,在DYJJ中则先显著降低之后又恢复到为害前水平。水杨酸信号途径相关基因PR1、EDS5、PAD4的表达量在ZDC、DYJJ被桃蚜为害后均能够显著诱导,并且桃蚜为害早期PR1和EDS5基因在ZDC中的表达量显著高于DYJJ。ZDC被桃蚜为害后,茉莉酸信号途径基因LOX2、AOC的表达量比为害前先显著提高,之后又逐渐降低至为害前水平,而这2个基因在DYJJ中的表达被显著抑制,并且也显著低于ZDC中的表达水平。研究结果表明,抗蚜辣椒品种可以同时激活水杨酸、茉莉酸信号途径抵御桃蚜为害,而感蚜辣椒品种激活水杨酸途径、显著抑制茉莉酸途径则有利于桃蚜为害。本研究从以上2个防御信号途径初步揭示了辣椒的抗蚜性分子机理。     

基于生氰糖苷降解途径基因表达特性的木薯品种对二斑叶螨的抗性机制初探

为初步探究生氰糖苷降解途径2个基因α-HNL和β-glu在木薯品种对二斑叶螨抗性中的作用,本研究以抗螨木薯品种‘C1115’‘缅甸’‘SC9’和感螨木薯品种‘SC205’‘面包’‘BRA900’为材料,分析木薯生氰糖苷降解途径基因及其编码的生化酶在二斑叶螨取食木薯品种不同部位叶片（上部、中部和下部）不同时间后（1、4 d）的表达量及酶活性的变化情况。结果表明,α-HNL在感螨木薯品种上部和中部叶片中的表达量随螨害时间的延长而显著降低;在抗螨木薯品种的不同部位叶片中,α-HNL的表达量均随螨害时间的延长而显著升高,并且以中部和下部叶片的升高趋势更为显著。β-glu在抗、感螨木薯品种不同部位叶片中的表达量均很低,难以比较该基因的表达量在不同木薯品种、不同部位叶片受螨害后的变化情况,但在能检测到的少量样品当中,抗螨木薯品种的占比也多于感螨木薯品种。进一步进行酶活性分析结果表明,抗螨木薯品种受螨害后,随着时间的延长,降解途径基因α-HNL编码的α-HNL酶活性呈逐渐升高或维持不变的趋势,并且以中部和下部叶片的升高趋势更为显著,而在感螨木薯品种中,随着螨害时间的延长,α-HNL酶活性则呈逐渐降低或先升高后降低的趋势;β-glu基因编码的β-GLU酶活性在不同木薯品种中均呈较低的水平,这可能与其对应编码的基因表达量低有关,但总体而言,降解途径2个基因编码的降解酶α-HNL和β-GLU在抗螨木薯不同叶片组织中的活性总体上也显著高于感螨木薯。本研究初步揭示了不同木薯品种受螨害不同时间后,生氰糖苷降解基因和酶可能与木薯对二斑叶螨的抗性有关。     

朱砂叶螨为害前后抗、感木薯品种叶组织中无色花青素还原酶活性差异分析

为了解木薯单宁酸合成关键酶无色花青素还原酶(leucoanthocyanidin reductase,LAR)在木薯抗螨中的功能与作用,本研究分析朱砂叶螨为害前后抗、感木薯品种不同叶龄组织LAR酶活性变化差异。结果表明:朱砂叶螨为害1、8 d时,高感木薯品种BRA900的未展开叶、展开幼嫩叶、顶芽下第3叶、中下部叶片的LAR酶活性分别为螨害前的1.38倍和1.44倍、1.33倍和1.48倍、1.42倍和1.43倍、0.82倍和0.50倍,除了中下部叶片螨害8 d的LAR酶活性显著降低外,其余叶片LAR酶活性在螨害前后均无显著差异(p<0.05);朱砂叶螨为害1、8 d时,高抗木薯品种C1115的未展开叶、展开幼嫩叶、顶芽下第3叶、中下部叶片的LAR酶活性则分别比螨害前显著提高2.13倍和2.41倍、2.02倍和2.09倍、2.02倍和2.04倍、2.01倍和2.03倍(p<0.05)。上述结果为阐明LAR酶活性显著提高与木薯品种抗螨能力的相关性及田间朱砂叶螨主要为害木薯中下部叶片提供了初步证据。      

保护酶CAT在木薯种质抗螨中的功能初步研究

为验证保护酶CAT在木薯抗螨中的功能,测定分析了朱砂叶螨取食抗、感螨木薯种质后,CAT的表达量和酶活分别在木薯和朱砂叶螨中的变化情况。结果表明,一方面,朱砂叶螨取食1 d和8 d后,感螨木薯种质BRA900体内Me CAT1的表达量和CAT总酶活仅分别较为害前提高1.11倍、1.24倍和1.06倍、1.15倍,而在抗螨木薯种质C1115体内则分别较为害前提高2.75倍、2.62倍和2.36倍、2.38倍,均显著高于感螨木薯水平。另一方面,朱砂叶螨取食感螨种质BRA900 1 d和8 d后,保护酶Tc CAT的基因表达量和CAT酶活分别是为害前的1.13倍、0.98倍和1.02倍、0.99倍,而取食抗螨木薯种质C1115 1 d和8 d后分别降低至为害前的0.57倍、0.61倍和0.52倍、0.61倍,均显著低于取食感螨木薯水平。以上结果初步证实了保护酶CAT在木薯中被诱导能够缓解朱砂叶螨造成的氧化损伤,在朱砂叶螨中被抑制不利于取食为害,从而形成木薯抗螨性的功能。本研究为将CAT作为基因资源应用于抗螨木薯种质创制提供了理论基础。     

朱砂叶螨为害前后抗、感木薯品种叶组织营养物质含量差异分析

为了明确营养物质在木薯抗螨性中的重要作用,在获得遗传稳定的抗、感螨参照标准木薯品种的基础上,采用分光光度法开展了朱砂叶螨为害前后抗、感螨参照标准木薯品种叶组织中营养物质含量的差异分析。结果表明：朱砂叶螨为害1、4、8 d的抗螨参照标准木薯品种C1115叶组织中的游离氨基酸（FAA）、可溶性糖（WSS）、可溶性氮（SN）含量均显著降低,分别是为害前的69.69%、69.29%和63.42%,73.16%、73.71%和72.75%,45.97%、46.21%和46.13%（P<0.05）;但糖氮比（S/N）显著升高,是为害前的159.15%、159.46%和157.83%（P<0.05）,游离脯氨酸（Pro）含量无显著变化。螨害1、4、8 d的感螨参照标准木薯品种BRA900叶组织中的FAA含量和WSS含量与为害前无显著差异,SN含量显著升高,是为害前的148.50%、148.73%和148.77%;S/N显著降低,是为害前的62.61%、61.48%和61.92%;Pro含量显著升高,是为害前的373.82%、367.33%和362.61%,但为害前后无显著性差异（P<0.05）。     

Bph36介导的抗性机制及相关信号通路的研究

褐飞虱（Nilaparvata lugens Stål., BPH）是水稻最主要的害虫之一,给水稻生产造成严重的危害。携带不同抗性基因的抗褐飞虱水稻材料抗性机制不同,挖掘普通野生稻抗褐飞虱基因并研究其介导的抗性机制及相关信号通路对水稻育种具有重要的意义。本研究基于课题组前期从广西普通野生稻‘W2183'挖掘出的位于4号染色体InDel标记S13和X48之间38 kb处新基因Bph36,以‘9311'和‘抗蚊青占'为感性对照,05RBPH16和NIL-Bph36为抗性对照,通过褐飞虱宿主选择性、蜜露量测定、褐飞虱存活率及褐飞虱生长速率等方法分析Bph36介导的抗褐飞虱机制;同时,以‘抗蚊青占'为感性对照,NIL-Bph36为抗性对照,通过qRT-PCR分析植物防御昆虫侵害的三大信号途径：水杨酸、茉莉酸和乙烯相关基因表达量的差异。抗性机制研究结果表明：褐飞虱在抗性材料植株上的虫口密度显著低于感性材料植株,抗性材料上的褐飞虱存活率、群体生长率及取食后排泄的蜜露量均比感性对照显著降低。Bph36介导的抗性机制是寄主抗生性和害虫趋避性相互作用的结果。qRT-PCR结果表明：褐飞虱取食后,各个时间段抗性材料NIL-Bph36植株中水杨酸合成相关基因EDS1、PAD4、PAL和水杨酸途径病程相关蛋白基因PR10的表达量显著高于感性材料‘抗蚊青占'植株中的表达量;抗性材料NIL-Bph36植株中,茉莉酸合成基因LOX2和茉莉酸积累基因AOS2的表达量比褐飞虱取食前显著提升,但是比同时段感性材料植株中表达量显著降低;褐飞虱取食后,抗、感性材料植株中乙烯信号途径基因EIN2的表达量都受到抑制,基因ACO3表达量都提高,但2种材料间的差异不显著。茉莉酸途径和乙烯途径参与了NIL-Bph36植株抗褐飞虱的基础防御反应,但Bph36激活的抗性不是茉莉酸和乙烯依赖的信号防御途径而是激活水杨酸依赖的系统获得性抗性。研究结果为进一步研究Bph36与其他抗性基因聚合,培育兼有多种抗性机制和防御信号途径的优良品种奠定基础。     

木瓜秀粉蚧为害对不同木薯品种次生代谢物质含量的影响

次生代谢物质在植物防御植食性害虫时发挥重要作用,但目前尚无次生代谢物质与木薯品种抗虫相关性的报道。本研究系统开展了木瓜秀粉蚧为害前后不同木薯品种叶组织中总酚、丙二醛、单宁等次生代谢物质含量的差异分析。结果表明,与为害前相比,木瓜秀粉蚧为害1、4、8 d后,感虫木薯品种‘BRA900’‘面包’‘SC205’和‘瑞士T7’叶组织中总酚与丙二醛含量无显著差异,单宁含量则显著降低,而抗虫木薯品种‘缅甸’和‘C1115’叶组织中总酚和单宁含量显著增加,丙二醛含量显著降低。抗虫木薯品种的总酚含量在粉蚧为害前显著低于感虫木薯品种,而粉蚧为害1、4、8 d后显著高于感虫木薯品种;抗虫木薯品种丙二醛含量在为害前与感虫木薯品种无显著差异,粉蚧为害1、4、8 d后显著低于感虫木薯品种;抗虫木薯品种单宁含量在为害前后均显著高于感虫木薯品种。相关性分析发现,木薯对木瓜秀粉蚧的抗性与叶组织中总酚含量和单宁含量显著正相关,与丙二醛含量显著负相关。本研究初步阐明基于次生代谢物质总酚、丙二醛、单宁的木薯品种对木瓜秀粉蚧的抗性机理。     

逆境信号下木薯MeMYC2转录因子表达及功能分析

MYC2是茉莉酸信号途径中的关键节点基因,在植物生长发育及逆境信号响应过程中发挥重要作用。本研究基于木薯基因组数据库序列,以木薯‘cv. 60444’品种为材料,采用RT-PCR方法同源克隆得到MYC2基因（数据库No. Manes.17G016000）,命名为MeMYC2.1。MeMYC2.1基因开放阅读框（ORF）全长2055 bp,无内含子,氨基酸序列中包含典型的bHLH保守结构域;序列比对分析发现MeMYC2与蓖麻MYC2具有较高同源性。外源施加植物激素水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、过氧化氢（H₂O₂）以及低温胁迫下,木薯叶片中MeMYC2.1的表达被显著诱导。进一步克隆获得MeMYC2.1基因上游1500 bp启动子序列,利用在线数据库PlantCare分析发现,MeMYC2.1启动子序列中不仅含有响应茉莉酸的顺式元件CGTCA/TGACG,还含有低温响应元件LTR及ABA响应元件ABRE。以上研究结果表明,MeMYC2.1可能是植物激素茉莉酸（JA）、脱落酸（ABA）响应低温物胁迫分子网络中的一个节点基因,对其功能的深入研究将有助于探讨JAs在植物低温胁迫应答中的作用机制。     

桃蚜取食抗、感辣椒品种的茉莉酸途径基因表达差异分析

根据蚜口密度及取食时间效应,明确桃蚜取食前后辣椒茉莉酸（JA）合成及信号途径基因表达差异,初步阐明JA途径介导的辣椒抗蚜性分子机理。本研究以抗蚜辣椒品种猪大肠（ZDC）和感蚜辣椒品种大羊角椒（DYJJ）为材料,采用实时定量PCR技术分析与植物防御相关的JA合成途径基因（LOX2、AOS、AOC和OPR3）与信号途径基因（COI1和JAR1）在桃蚜不同蚜口密度（20、30、40、50、60蚜/叶）及取食不同时间（6、12、24、48、72 h）后的表达量变化情况。结果表明：在不同蚜口密度和取食为害时间下,JA合成途径的4个基因在ZDC中表达量总体上显著高于DYJJ,而信号途径2个基因表达量总体上显著低于DYJJ。在桃蚜较低为害水平状态下,抗、感辣椒品种之间表达量差异显著,且在部分相同蚜口密度下部分基因表达量峰值和低谷出现时间基本一致。较高水平的为害情况下,抗、感辣椒品种之间差异显著性下降。以上结果表明,JA合成及信号途径AOS、AOC及JAR1基因可能具有作为鉴定评价辣椒抗蚜性水平的分子指标的潜力,可为将来辣椒抗蚜种质资源评价与创新利用提供理论依据。     

木薯MeLHCB4基因的克隆及表达分析

本研究采用RT-PCR技术克隆了木薯叶绿素a/b结合蛋白基因MeLHCB4编码区序列。通过生物信息学对其基因结构、基因编码蛋白的理化性质等进行分析,并对不同物种的LHCB4氨基酸序列进行比对和构建进化树。结果表明,木薯MeLHCB4基因的CDs序列全长858 bp,编码285个氨基酸,蛋白理论相对分子质量约为30.9 kDa,理论等电点为5.47,该蛋白属于稳定的亲水性蛋白,预测该蛋白可能定位于细胞核或细胞质中。实时荧光定量PCR检测该基因的表达模式发现,MeLHCB4基因主要在木薯叶片和茎中表达,受到茉莉酸甲酯（JA）、水杨酸（SA）和乙烯前体（ACC）等激素的诱导表达,推测其可能参与了JA、SA、ACC信号途径。细菌性枯萎病病原菌侵染木薯叶片12 h后,MeLHCB4的表达量显著提高,表明MeLHCB4参与了木薯对病原菌的响应过程。     

朱砂叶螨转录因子TcNrf2对抗氧化酶基因表达的调控功能初步研究

转录因子Nrf2对模式生物抗氧化酶的调控起关键作用,但迄今为止尚未见Nrf2具有对害螨抗氧化酶调控功能相关报道。本研究将模式生物研究中已知的Nrf2基因抑制剂、激活剂处理朱砂叶螨,通过抑制、激活其转录因子TcNrf2的表达,研究其对下游调控的抗氧化酶基因TcSOD和TcCAT表达的影响。结果表明,采用抑制剂护鸦胆子苦醇处理时,朱砂叶螨取食抗、感木薯品种1、4、8d后,TcNrf2、TcSOD和TcCAT的基因表达量均显著降低,而采用抑制剂视黄酸处理时上述基因表达不受影响;采用激活剂特丁基对苯二酚和二噻环戊二烯硫酮分别处理后,朱砂叶螨TcNrf2、TcSOD和TcCAT的基因表达量均显著提高,说明TcNrf2及其调控的TcSOD和TcCAT基因表达量变化趋势具有一致性。本研究从分子水平直接证明TcNrf2基因在木薯抗螨中具有重要作用,为木薯抗螨分子机理研究奠定理论基础。     

转Pi9抗稻瘟病基因水稻株系的比较转录组分析

【目的】在转录水平上解析Pi9基因介导的稻瘟病抗性调控机理,为培育抗病水稻品种提供理论依据。【方法】向水稻品种日本晴(NPB)及其转Pi9抗稻瘟病基因株系(NPB/Pi9)接种稻瘟菌。分别于接种后0 h、12 h、24 h、36 h提取叶组织样品,选取12503个水稻基因定制基因芯片,进行水稻基因转录组分析,并通过qRT-PCR对部分差异表达基因进行验证。【结果】NPB/Pi9在接种后12 h、24 h和36 h的基因表达量分别与其接种0 h表达量比较,共检测到7754个差异表达基因;相应地,感病水稻NPB在以上时间点共检测到7385个差异表达基因;在接种后36 h,NPB/Pi9的差异表达基因数目显著多于NPB。比较NPB/Pi9和NPB相同时间点的基因表达量,共获得4065个差异表达基因,其中接种后36 h的差异表达基因显著多于接种后0 h、12 h或24 h。因此,NPB/Pi9的稻瘟病防御反应更强烈。对NPB/Pi9与NPB相同时间点的差异表达基因进行GO和KEGG分析,细胞外区域、植物对刺激应答、转录调控、氧化还原、离子结合、次生代谢和植物激素相关的GO分类在接种后呈显著富集,苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成和植物激素信号途径的KEGG通路在接种后显著富集。与效应分子触发的免疫反应(ETI)相关的水杨酸信号途径、几丁质酶,以及与病原相关分子模式触发的免疫反应(PTI)相关的胞外区域、对刺激的应答、木质素合成等,均在抗感水稻之间差异表达。而且PTI/ETI共有的WRKY转录因子、MAPK激酶、茉莉酸和乙烯信号途径等发生差异表达。综上所述,NPB/Pi9和NPB的差异表达模式与ETI和PTI相关,两者相互联系并在Pi9介导的稻瘟病抗性中发挥作用。【结论】与日本晴比较,抗病基因型NPB/Pi9对稻瘟病防御反应更强烈。转录因子、激酶、NBS-LRR基因、几丁质酶、水杨酸、茉莉酸和乙烯信号途径,以及植物次生代谢在Pi9介导的稻瘟病抗病反应中发挥重要作用。     

枇杷果实EjNADP-ME2基因及启动子克隆与表达分析

以‘解放钟’和‘白梨’果实为材料,研究基于转录组筛选出的表达量较高且在2个品种中有差异的EjNADP-ME2（Unigene0001461）基因,采用RACE和RT-PCR技术成功克隆EjNADP-ME2的cDNA全长。系统进化树分析表明,EjNADP-ME2与苹果的NADP-ME基因关系最近。生物信息学预测结果显示,EjNADP-ME2蛋白应该位于细胞质中。用染色体步移法成功克隆了EjNADP-ME2的启动子序列,序列预测该基因启动子区域含有水杨酸、茉莉酸、脱落酸响应的顺式作用元件,此外还有厌氧诱导元件、MYB和MYC参与黄化和干旱诱导的结合位点MBS。荧光定量PCR分析表明,EjNADP-ME2基因的表达量变化趋势在2个品种中大致相同,均呈现出先降低后升高又降低的趋势,且该基因在低酸品种的表达量稍低于高酸品种。相关性分析结果显示,低酸品种EjNADP-ME2基因转录水平与苹果酸含量呈显著负相关。本研究的结果为进一步探究EjNADP-ME2基因在苹果酸代谢途径中的功能奠定坚实基础。     

不同木薯品种对木瓜秀粉蚧抗氧化酶活性的影响

为了深入探讨木瓜秀粉蚧（Paracoccus marginatus）对木薯的选择性机理,本研究采用紫外分光光度法测定分析了木瓜秀粉蚧取食不同木薯品种1、2、4 d后体内超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、过氧化氢酶（catalase, CAT）、过氧化物酶（peroxidase, POD）和多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）的活性差异。结果表明,木瓜秀粉蚧取食不同木薯品种后抗氧化酶活性存在显著差异,取食‘C1115’后其体内SOD活性最低,取食‘SC8002’后其体内CAT活性最低,取食‘SC8’后其体内POD和PPO活性最低。木瓜秀粉蚧取食木薯品种‘J1301’‘SC11’‘SC8002’‘东莞红尾’‘SC8’‘缅甸种’和‘C1115’后其体内SOD、CAT、POD和PPO活性在任一测定时间内和对照相比均显著降低。研究表明,上述木薯品种被木瓜秀粉蚧取食后能够通过抑制木瓜秀粉蚧体内抗氧化酶活性,干扰其正常活性氧代谢,可能对木瓜秀粉蚧具有抗性潜力。