二斑叶螨取食抗、感螨木薯品种对茉莉酸信号途径基因表达的影响

明确二斑叶螨取食影响木薯茉莉酸信号途径基因表达的害螨密度和取食时间效应,为阐明茉莉酸信号途径在木薯抗虫性中的重要作用及抗螨种质资源鉴定评价提供理论依据及参考指标。以抗螨木薯品种C1115和感螨木薯品种面包为材料,分析与植物防御相关的茉莉酸号信号途径基因(DAD1、LOX2、OPR3和JAR1)在二斑叶螨以不同虫口密度(15、25、35、45、50和55头螨/叶)取食不同时间(1、2、4和8 d)后的表达量变化情况。结果表明,以45-50头螨/叶的害螨密度分别取食抗、感螨木薯品种2 d后,LOX2、OPR3和JAR1的表达量均较螨害前显著提高,并且上述3个基因在抗螨木薯品种中的表达量显著高于感螨木薯品种,而DAD1的表达量随害螨密度的提高和取食时间的增加波动较大。在较高的害螨密度和较短的为害时间处理时,茉莉酸信号途径基因LOX2、OPR3和JAR1在抗螨木薯品种中的表达量显著高于感螨木薯品种,LOX2、OPR3和JAR1可能与木薯对二斑叶螨的抗性有关。

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。

二斑叶螨为害前后抗、感木薯转录组分析及水杨酸、茉莉酸途径差异表达基因验证

本研究通过比较二斑叶螨为害前后抗、感螨木薯品种转录组差异,筛选差异表达基因,并采用qPCR验证水杨酸、茉莉酸信号途径基因的差异表达。转录组分析结果表明,与螨害前相比,螨害1、8 d后,抗螨木薯品种C1115的差异表达基因为589、587个,感螨木薯品种BRA900的差异表达基因为1271、930个,C1115相对于BRA900的差异表达基因分别为383、251个。GO和KEGG富集分析发现这些差异表达基因主要显著集中在次生代谢物质合成、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成和氧化还原反应等过程。qPCR验证结果显示,二斑叶螨为害后,抗螨参照标准木薯品种C1115的水杨酸信号途径基因PAL2、4CL3、WRKY7和NPR3的表达量较为害前呈现先显著提高后降低的趋势,而感螨参照标准木薯品种BRA900中上述4个基因的表达始终维持在显著高于为害前的水平。受螨害后抗螨木薯C1115中茉莉酸信号途径基因JAR1、LOX2和OPR11的表达量也较为害前显著提高,而感螨木薯BRA900中这3个基因的表达量则降低至显著低于螨害前的水平,qPCR验证结果和转录组分析结果相一致。本研究结果表明,抗螨木薯品种C1115受螨害后能够同时激活水杨酸、茉莉酸信号途径以抵御二斑叶螨为害,为深入阐明木薯抗螨分子机理,选育和创制抗螨木薯品种提供了理论参考依据。

二斑叶螨抗性木薯木质素合成途径基因表达特性研究

木质素是作物防御有害生物的重要理化屏障,但其在木薯抗虫性中的作用机制尚不明确。为了探讨木质素合成途径基因在木薯抗二斑叶螨中的作用,以抗螨木薯品种C1115、缅甸(Myanmar)、SC9和感螨木薯品种SC205、面包(Bread)、BRA900为材料,采用实时荧光定量PCR分析二斑叶螨取食上述木薯品种不同时间后(0、1、4 d)木质素合成途径基因(PAL、4CL、C4H、HCT、CSE、COMT、CCoAOMT、F5H、CCR、CAD)在不同品种间的表达量差异。结果表明,与螨害前相比,抗、感螨木薯品种中C4H、HCT、CSE、F5H、CAD的表达量虽总体上有所提高,但并不是都能够达到显著差异水平,并且相同螨害时间内,这5个基因的表达量在抗、感木薯品种间整体上也未表现出显著差异。与之相反,PAL、4CL、CCoAOMT、CCR这4个基因的表达量在抗螨木薯品种中显著提高,在感螨木薯品种中显著降低或无显著差异,并且在相同的螨害时间内,抗螨木薯品种中这4个基因的表达量普遍高于感螨木薯品种,尤其以螨害4 d后表达量表现出显著差异,进一步相关性分析发现,这4个基因表达量的提高与木薯抗螨性显著正相关。根据上述结果可以推测,螨害后木质素合成途径基因PAL、4CL、CCoAOMT、CCR表达量的高低可能与木薯品种的抗螨性水平有关。

类黄酮合成通路介导的木薯对木薯绵粉蚧的防御机理

木薯是世界重要的粮食作物、能源作物和工业原料。木薯绵粉蚧(Phenacoccus manihoti Matile-Ferrero)是一种世界危险性检疫性害虫,培育和利用抗虫木薯品种可以有效阻断其定殖为害。挖掘具有抗虫作用的次生代谢物质及其调控基因是开展抗虫育种的重要策略之一。而类黄酮是植物抵御生物与非生物胁迫的特有次生代谢物质,但类黄酮及其合成通路基因在木薯抗木薯绵粉蚧中的功能尚不清楚。据此,本研究分析了抗虫木薯品种(C1115、SC9、缅甸)和感虫木薯品种(KU50、SC205、面包)被木薯绵粉蚧为害不同时间(0、1、4、8d)后,叶片中类黄酮合成通路相关基因(CHS、CHI、FLS、LAR、DFR、F3H、CCoAOMT、C4H、C3’H、ANR)表达量以及类黄酮含量的变化情况。结果表明:木薯绵粉蚧取食后,叶组织中CCoAOMT、C3’H、ANR、C4H虽然上调表达,但与为害前相比并无显著差异,且抗、感木薯品种间的表达量也无显著差异;与之相对,CHS、CHI、FLS、F3H、DFR、LAR基因表达量均比为害前显著提高,并且在相同的为害时间内,这6个基因在抗虫木薯品种中的表达量也显著高于感虫木薯品种。进一步通过相关性分析发现,CHS、CHI、FLS、F3H、LAR基因的表达量与木薯品种的抗虫性呈显著正相关。此外,总黄酮含量测定结果表明:木薯绵粉蚧为害1 d时总黄酮含量与为害前相比均显著上升,为害4 d后抗虫木薯品种总黄酮含量显著高于感虫木薯品种。相关性分析显示,总黄酮含量也与木薯品种的抗虫性呈显著正相关。因此推测,类黄酮含量的上升及其调控基因CHS、CHI、FLS、F3H、LAR在抗虫木薯品种中的显著上调表达与其对木薯绵粉蚧的抗性有关。本研究为深入解析类黄酮合成基因调控木薯对木薯绵粉蚧的抗虫防御反应分子机制,以及木薯抗虫分子设计育种提供重要的前期基础。

基于黄酮合成通路基因表达特性的木薯对二斑叶螨防御机理初探

木薯是全球重要的粮食作物和经济作物。二斑叶螨(Tetranychus urticae Koch)是重要的外来入侵生物和我国木薯主产区的四大有害生物之一。抗螨品种的选育与利用是实现害螨绿色综合防控的重要手段,作物中具有抗螨功能的次生代谢物质和其调控基因的挖掘与利用是培育抗性品种的有效途径。黄酮类次生代谢物质在作物抵御虫害中发挥重要作用,但其合成通路基因在木薯抗二斑叶螨中的功能尚不清楚。基于此,本研究分析抗、感螨木薯品种被二斑叶螨取食不同时间(1、4 d)后,黄酮合成通路关键基因表达量的变化情况。结果表明:与螨害前相比,感螨木薯品种面包、SC9和BAR900的CHS、PGT1、F3H、FLS、LAR、C3'H和CYP93B_16基因的相对表达量总体呈先降低(1 d)再升高(4 d)至螨害前(0 d)水平的趋势,而抗螨木薯品种C1115、SC9和缅甸中的上述基因相对表达量总体呈先显著升高(1d)再降低(4d)的趋势,但均显著高于螨害前(0d)的水平。进一步比较螨害前后抗、感螨木薯品种黄酮合成通路基因表达量的差异发现,二斑叶螨为害1 d后,抗螨木薯品种中CHS、PGT1、FLS和C3'H的表达量显著高于感螨木薯品种。相关性分析表明,这4个基因的表达量与木薯抗螨性呈显著正相关。螨害前(0d)和螨害4d后,抗螨木薯品种中上述基因的表达量总体也高于感螨木薯品种。该研究结果表明,抗螨木薯品种受螨害后,可能通过诱导黄酮合成基因的上调,从而增加具有抗虫功能的黄酮类代谢物含量以抵御二斑叶螨为害。该研究为深入阐明木薯抗螨分子机理、选育和创制抗螨木薯品种提供理论基础。