水稻抗虫相关基因OsWRKY53及OsHI-PSKR的功能解析

【摘要】植物在遭受植食性昆虫攻击时,能迅速启动自身的防御反应以抵抗昆虫的为害。植物的这种诱导防御反应起始于对植食性昆虫相关信号的识别,由此激活相应的信号转导途径,并调控众多防御相关基因的转录水平,最后引起防御化合物浓度的上升以及抗虫性的提高。尽管目前对于植物诱导抗虫反应已有很多研究,但对于其机理仍然很不清楚。为此,本文以水稻(Oryzasativa)及其害虫二化螟(Chilosuppressali,SSB)及褐飞虱(Nilaparvatalugens,BPH)为研究对象,剖析了水稻转录因子OsWRKY53和类受体蛋白激酶(leucine-richrepeatreceptor-likekinase,LRR-RLK)OsHI-PSKR在水稻虫害诱导防御反应中的作用及其调控机制。主要研究结果如下：1)OsWRKY53是WRKY家族中的GroupI型转录因子,能够通过与靶标基因启动子的W-box结合来调控靶标基因的表达。机械损伤迅速诱导OsWRKY53基因的表达,而SSB为害前期诱导较弱；BPH取食、茉莉酸(jasmonicacid,JA)和乙烯(ethylene,ET)的处理均在后期诱导该基因的表达；水杨酸(salicylicacid,SA)的处理则不诱导该基因表达。OsWRKY53能够在体内和体外与OsMPK3/OsMPK6相互作用并负调控MAPK的活性及JA、ET合成相关基因的表达,从而进一步负调控了JA、SA、ET及胰蛋白酶抑制剂(trypsinproteaseinhibitors,TrypPIs)的合成及水稻对SSB的抗性。与之相反,OsWRKY53正调控了SA和H2O2的合成及水稻对BPH的抗性。以上结果表明,OsWRKY53是水稻虫害诱导防御反应后期的一个重要的调节子,并可能是通过调节MAPK、JA、SA、ET和H202等信号途径来调控水稻对不同虫害诱导的防御反应。2)OsHI-PSKR基因ORF3201bp,其编码的蛋白具有类受体蛋白激酶家族典型特征,包含富亮氨酸重复序列胞外结构域、一个跨膜结构域和胞内激酶结构域。机械损伤、SSB取食、JA,ET处理微弱地诱导OsHI-PSKR的表达；而BPH为害、SA处理不影响该基因的表达。实验表明,OsHI-PSKR位于MAPKcascades的上游,不仅在转录水平正调控MAPK基因OsMEK4、OsMPK3及WRKY转录因子OsWRKY53、OsWRKY70的表达,而且在蛋白水平调控OsMPK3及OsMPK6活性。沉默OsHI-PSKR降低了水稻中JA、ET合成相关基因的表达及信号分子JA、ET、防御化合物TrypPIs的含量,从而降低了对SSB的抗性。与之相反,OsHI-PSKR的沉默增加了信号分子SA及H202的合成,并提高了水稻对BPH的抗性：与野生型相比,BPH雌成虫不喜欢在沉默植株上取食和产卵。并且,OsHI-PSKR沉默后还降低了BPH若虫和卵的存活率、BPH的雌虫比例、短翅比例及生殖力。上述结果表明,OsHI-PSKR在虫害诱导的防御反应的早期可能扮演着“受体”的角色,在水稻的抗虫反应中起着十分重要的调控作用。
【作者】胡凌飞；
【导师】娄永根；
【作者基本信息】浙江大学，农业昆虫与害虫防治，2014，博士
【关键词】水稻；OsWRKY53；OsHI-PSKR；二化螟；褐飞虱；防御反应；

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