亚洲玉米螟取食玉米产生的诱导抗性机制研究
亚洲玉米螟（以下简称“玉米螟”），Ostrinia furnacalis(Guenée)，属鳞翅目草螟科(Lepidoptera:Crambidae)，是我国玉米上的主要害虫。研究玉米的诱导抗性有助于为玉米螟的综合防治提供重要思路。本研究首先评价了玉米螟为害诱导的玉米抗性对玉米螟生长发育的影响，然后研究了玉米螟为害不同时间后的玉米基因和关键代谢物的变化，以期揭示玉米螟为害诱导的玉米抗性对玉米螟的防御机制。 本研究首先评价了玉米品种京科968受玉米螟取食不同时间后的诱导抗性水平。取食选择性试验结果显示玉米螟对虫害诱导8、12、24、48和72 h后玉米叶片的取食量显著低于对照，分别减少41％、48％、74％、60％和61.5％。短期饲喂试验结果表明:与对照相比，饲喂玉米螟诱导24 h玉米叶片的玉米螟幼虫的毛转化率、相对生长率和虫重增加值均显著降低，而相对消耗率和日取食量均显著增加。生命表试验结果显示取食玉米螟诱导24h玉米叶片的玉米螟幼虫的卵到幼虫期、1-2龄期、5龄期、蛹期、总产卵前期和平均世代周期均显著长于对照，内禀增长率、净增殖率和周限增长率显著低于对照。 利用RNA-Seq揭示玉米螟诱导抗性的分子机理。结果显示玉米螟取食2、4、12和24h诱导的上（下）调基因分别为4123(2645)、5121(3915)、5705(4488)和5637(4396)个。差异表达基因参与苯并嗯唑嗪酮类物质(Bxs)合成、植物与病原菌互作、植物激素信号转导、苯丙氨酸代谢、萜类化合物合成等多条与植物抗病虫相关的代谢途径。萜烯类物质合成相关基因(TPS1、TPS2、TPS3、TPS6、TPS8、TPS10、TPS23和TPS26)、茉莉酸合成相关基因(AOC、AOC4、 AOS1、 LOX1、LOX5、LOX9、LOX11、OPR1、OPR7和OPR8)以及Bxs合成相关基因(Bx1、Bx2、Bx3、Bx4、Bx5、Bx6、Bx7、Bx8、Bx9、Bx10、Bx11、Bx12、Bx13和Bx14)的表达量在玉米螟取食诱导后都显著上调。在玉米螟取食诱导过程中持续强烈响应的基因有叶绿体多酚氧化酶基因(PPO1)、机械损伤诱导蛋白1基因（wip1）、Bowman-Birk型机械损伤诱导蛋白酶抑制剂基因（WIP1）、单萜合成酶基因(TPS26)、萜类合成酶8基因(TPS8)、萜类合成酶2基因(TPS2)、石竹烯合酶基因（TPS23）、法尼烯合酶基因(TPS10)、脂氧合酶5基因（LOX5）和过氧化酶基因(POX12)、乙烯合成途径中ACC氧化酶基因(ACO)、乙烯合成相关的转录因子(ABR1)以及氧甲基转移酶基因(Bx10、Bx11、Bx12和Bx14);早期响应的基因有反式肉桂酸-4-单氧酶基因(C4H)和AP2/EREBP转录因子等。 通过次生代谢物分析，进一步理解玉米应答玉米螟取食为害后的代谢反应。结果显示玉米挥发物、benzoxazinoids、JA、JA-Ile、ABA的含量在玉米螟取食诱导后发生显著变化。单萜和倍半萜烯化合物的释放量分别在玉米螟为害4h和48时达到最大;DHBOA、DIMBOA、DIBOA-Glc、TriBOA、DIBOA、DIMBOA-Glc和Cl-HMBOA-Glc的含量在玉米螟取食后显著降低，而MBOA、HM2BOA-Glc、 DIM2BOA-Glc、HDMBOA-Glc、M2BOA、HDM2BOA-Gl、HMBOA-Glc和DIM2BOA的含量在玉米螟取食后显著增加，DHBOA-Glc的含量不受玉米螟取食的影响;此外，JA的含量在玉米螟取食2h和4h后显著增加，JA-Ile的含量在玉米螟取食2h后显著增加，ABA的含量在玉米螟取食2、4、8和12h后均显著增加，而SA的含量与玉米螟取食无关。 利用“Y”型嗅觉仪测定腰带长体茧蜂对来玉米螟取食诱导后玉米挥发物的趋性行为反应，结果显示玉米螟取食24和48 h后的玉米挥发物对腰带长体茧蜂的雌雄蜂均有明显的吸引作用。此外，柠檬烯、叶醇、乙酸叶醇酯、α-蒎烯、罗勒烯和法尼烯对腰带长体茧蜂雌雄蜂均有明显吸引作用。 本研究分析了玉米受玉米螟取食不同时间后的基因表达和关键代谢物，鉴定出与玉米抗螟性相关的候选基因和代谢物，加深了对植物与昆虫互作关系的理解，同时为抗螟品种的培育提供了丰富的基因资源。
亚洲玉米螟;诱导抗性;次生代谢物;转录组测序
中国农业科学院
博士
农业昆虫与害虫防治
王振营
2017
中文
S433.4
116
2018-01-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）