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茉莉酸(Jaimonic acid,JA)在植物防御植食性昆虫为害反应中起着重要的作用。植物受到昆虫或病害胁迫,茉莉酸信号途径被激活,阻遏蛋白JAZ与E3泛素连接酶复合体SCFCOI1互作最终被26S蛋白酶体降解,释放转录因子MYC2,诱导植物防御反应。
水稻是重要的粮食作物,二化螟Chilo Suppressalia(Walker)是影响水稻产量的重要害虫。COI1是茉莉酸信号途径的下游基因,参与植物防御反应。目前对COI1基因的研究主要集中在双子叶植物中,对单子叶植物水稻COI1在抗虫功能中的作用尚未见报道。我们以秀水11(WT)和秀水11为受体的反义抑制OsCOI1转基因纯合品系水稻为材料,分析水稻基因OsCOI1的抗虫功能。通过定量Real-Time PCR,获得了水稻OsCOI1基因的表达谱。茉莉酸处理水稻叶片没有诱导OsCOI1基因的表达。茉莉酸处理水稻茎秆4h后开始显著诱导OsCOI1表达,12h后OsCOI1表达量达到最高值。水杨酸(Salicylic acid,SA)处理水稻茎秆后不能诱导OsCOI1表达反而被抑制。机械损伤处理水稻茎秆4h后开始诱导OsCOI1表达,8h后表达量达到最大值,并且12h后仍能显著地诱导OsCOI1基因的表达。二化螟取食水稻茎秆12h后OsCOI1基因的表达水平上升。
Southern杂交检测突变体品系,发现CP1、CP2、CP35、CP59是单拷贝插入,CP13是双拷贝插入。定量Real-Time PCR检测突变体表达量,反义抑制转基因品系的COI1 mRNA量都下降,CP1、CP2和CP13分别下降了51.25%、46.77%和75.92%。COI1基因的抑制对水稻的生长影响不大。二化螟2龄幼虫取食反义抑制OsCOI1转基因品系6d后的生长速率要高于取食野生型水稻。二化螟取食1.5h后诱导了WT内JA含量的上升,但是反义抑制OsCOI1品系的JA含量与WT相比显著降低。反义抑制品系与WT植株相比,组成型SA含量均有不同程度的下降,其中尤以CP2和CP13中的下降明显。二化螟为害后,WT和各反义品系中SA含量都有一定下降,但总体上反义品系中SA的含量要高于WT中的。反义抑制品系CP2、CP13的胰蛋白酶抑制剂(Trypsin proteaseinhibitors,TrypPIs)含量在二化螟取食3d之后显著下降。
本实验的研究结果揭示了水稻OsCOI1基因在茉莉酸信号转导途径诱导中发挥着重要作用,为进一步明确水稻的诱导抗虫反应机理提供了基础。