水稻抗稻瘿蚊的离子组研究

摘要

【目的】探索水稻中不同营养元素响应稻瘿蚊取食的差异,为稻瘿蚊防治及水稻抗稻瘿蚊机理阐释提供新思路。【方法】以稻瘿蚊抗性近等基因系43W-NIL和感性品系9311为材料,利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定抗感水稻材料在接种稻瘿蚊后第0、5、7和9 d时植株体内的营养元素含量;利用水培法验证关键元素受稻瘿蚊取食诱导的变化;通过qRT-PCR测定与营养元素代谢相关基因在抗感材料中的表达量。【结果】离子组分析共鉴定25种营养元素,大部分元素在抗感材料及稻瘿蚊取食前后差异明显。接种稻瘿蚊后,与9311的第0 d相比,43W-NIL中Ti、K、P和S元素含量较高,而Pb、Sr和Ca元素含量较低。离子组的主成分分析发现,PC1和PC2分量分别解释40.0%和24.7%的变异。主成分载荷分析结果表明,Ca、Sr、Co、Pb、Be、Sb、Fe、Ti、P、S和K的含量变化可以区分抗性和感性材料,且影响稻瘿蚊抗性最重要的5种元素依次为Ca、Sr、P、K、Co。水培植株的接虫试验发现,高浓度的外源Ca处理可促进稻瘿蚊幼虫在抗性水稻中生长,而低浓度P、K处理会抑制稻瘿蚊幼虫在感性材料中生长。qRT-PCR结果显示,钙调蛋白基因(OsCML20)表达量与Ca2+含量的变化趋势相同;钾转运蛋白基因(OsHAK12)的表达量在抗感材料中均表现为先下降后上升。【结论】Ca、P和K等3种元素可能在水稻响应稻瘿蚊取食中发挥关键作用。OsHAK12和OsCML20基因可能是稻瘿蚊抗性表达机制中的重要基因。离子组学可从元素、营养的角度发现水稻在被稻瘿蚊取食时的差异,为植物抗虫机理研究提供新思路。