CN111758421B - 水稻代谢物β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用 - Google Patents

水稻代谢物β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了水稻代谢物β‑D‑葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用。本发明证实了水稻接种稻飞虱后，其代谢物中的β‑D‑葡聚糖含量显著提高，且外源β‑D‑葡聚糖也可显著提高水稻对稻飞虱的抗性。基于水稻代谢物β‑D‑葡聚糖的含量与对稻飞虱抗性的关系的研究，本发明提供了一种提高水稻对稻飞虱抗性的方法，将β‑D‑葡聚糖外源喷施到水稻上。本发明丰富了水稻抗稻飞虱分子遗传机理的研究，为鉴定和提高水稻对稻飞虱抗性、筛选抗稻飞虱水稻品种提供了技术指导，且在制备稻飞虱抗性药物中具有广泛的应用价值。

Description

水稻代谢物β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用
技术领域
本发明属于植物代谢物技术领域。更具体地，涉及水稻代谢物β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用。
背景技术
稻飞虱作为水稻专一性害虫，已成为水稻最具毁灭性的害虫之一。在水稻和稻飞虱长时间协同进化过程中，一方面，稻飞虱从生理、形态、行为、遗传和分子等方面逐渐适应并克服水稻防御系统；另一方面，水稻也针对稻飞虱危害演化出特定的防御机制。目前，防治稻飞虱的方法主要为施用化学农药。而化学农药不仅会造成环境污染和水稻谷粒农药残留，也会导致稻飞虱种群耐药性提高，产生抗药性。因此，选育高抗水稻品种是稻飞虱防治最为经济有效的途径。另外，研究表明植物次生代谢物在植物的抗病、抗逆中起到重要作用。
稻飞虱通过口器刺入水稻表皮细胞的细胞壁，因此，水稻细胞壁是水稻和稻飞虱互作的关键场所。水稻响应稻飞虱胁迫的分子机制非常复杂，目前已鉴定到Bph14基因、Bph6基因等多个水稻抗稻飞虱基因位点。而β-葡聚糖(β-Glucan)包括胼胝质(Callose)、纤维素(Cellulose)和β-D-葡聚糖等是植物细胞壁主要成分，在水稻响应稻飞虱胁迫中起着重要作用。研究显示，在稻飞虱取食后，Bph14基因能够诱导取食部位大量合成胼胝质，进而加厚细胞壁，从而提高植株对稻飞虱的抗性。而对于一些敏感水稻品种，在稻飞虱取食后，可以诱导植株内β-1,3-葡聚糖酶基因的表达，使得取食部位合成的胼胝质被降解，进而降低水稻对稻飞虱的抗性。另外，就稻飞虱本身而言，研究显示，含有NIEG1基因的稻飞虱品种在取食水稻时，会在取食部位分泌具有外源活性的β-1,4-糖苷酶，降解水稻表皮细胞壁中的纤维素含量，从而提高自身的取食能力。综上所述，在水稻和稻飞虱长时间协同进化过程中，在取食部位分别形成了相应的防御和识别机制。
目前，在对于水稻生产中抵抗稻飞虱的研究中，主要集中在抗性基因的筛选和生产实践中喷施农药，而水稻抵抗稻飞虱的关键分子遗传机理还未明确。因此，进行水稻抗稻飞虱的分子机理研究以及选育高抗水稻品种，对提高水稻的质量和品质具有至关重要的指导意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有防治稻飞虱方法的缺陷和不足，提供水稻代谢物β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用，为水稻抗稻飞虱的关键分子遗传机理提供理论依据，同时也提供一种全新的提高水稻对稻飞虱抗性的方法。
本发明的第一个目的是提供水稻代谢物β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用。
本发明的第二个目的是提供水稻代谢物β-D-葡聚糖在提高水稻对稻飞虱抗性中的应用。
本发明的第三个目的是提供水稻代谢物β-D-葡聚糖在筛选抗稻飞虱水稻品种中的应用。
本发明的第四个目的是提供水稻代谢物β-D-葡聚糖在作为和/或制备稻飞虱抗性药物中的应用。
本发明的第五个目的是提供一种提高水稻对稻飞虱抗性的方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
本发明首先提供了水稻代谢物β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用。
本发明还提供了水稻代谢物β-D-葡聚糖在提高水稻对稻飞虱抗性中的应用。
本发明还提供了水稻代谢物β-D-葡聚糖在筛选抗稻飞虱水稻品种中的应用。
本发明还提供了水稻代谢物β-D-葡聚糖在作为和/或制备稻飞虱抗性药物中的应用。
优选地，所述鉴定的方法包括以下步骤：
S1.培养野生型水稻和待测水稻，接种稻飞虱；
S2.检测和定量野生型水稻中的β-D-葡聚糖，与待测水稻中的β-D-葡聚糖检测和定量结果进行比较，判断所述待测水稻是否抗稻飞虱。
优选地，所述判断的方法为：若所述待测水稻中的β-D-葡聚糖定量结果和所述野生型水稻中的β-D-葡聚糖定量结果相等或相差不显著，则所述待测水稻对稻飞虱无抗性；若所述待测水稻中的β-D-葡聚糖定量结果显著高于所述野生型水稻中的β-D-葡聚糖定量结果，则所述待测水稻对稻飞虱有抗性；若所述待测水稻中的β-D-葡聚糖定量结果显著低于所述野生型水稻中的β-D-葡聚糖定量结果，则待测水稻对稻飞虱敏感。
优选地，所述稻飞虱为3～5龄期稻飞虱若虫。
更优选地，所述稻飞虱为3龄期稻飞虱若虫。
优选地，所述水稻生长发育至四叶期时，接种稻飞虱。
优选地，所述野生型水稻品种为日本晴。
优选地，所述接种稻飞虱的数量为8～12头/株水稻。
更优选地，所述接种稻飞虱的数量为10头/株水稻。
本发明还提供了一种提高水稻对稻飞虱抗性的方法，将β-D-葡聚糖外源喷施到水稻上。
优选地，所述β-D-葡聚糖的浓度为40～60ppm。
更优选地，所述β-D-葡聚糖的浓度为50ppm。
优选地，所述β-D-葡聚糖的用量为1～3mL/株水稻。
更优选地，所述β-D-葡聚糖的用量为2mL/株水稻。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性、提高水稻对稻飞虱抗性、筛选抗稻飞虱水稻品种、作为和/或制备稻飞虱抗性药物中的应用。本发明证实了水稻接种稻飞虱后，其代谢物中的β-D-葡聚糖含量显著提高，且外源β-D-葡聚糖也可显著提高水稻对稻飞虱的抗性。基于以上研究，本发明提供了一种提高水稻对稻飞虱抗性的方法。本发明丰富了水稻抗稻飞虱分子遗传机理的研究，为外源稻飞虱抗性药物的制备和抗稻飞虱水稻品种的筛选提供了指导，对提高水稻产量和改善水稻品质具有重要应用价值。
附图说明
图1是稻飞虱处理前后水稻代谢物β-D-葡聚糖的含量结果图。
图2是水稻在稻飞虱和β-D-葡聚糖处理前后的表型结果图。
图3是野生型水稻在β-D-葡聚糖和稻飞虱处理前后的存活率结果图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
以下实施例中所用的材料：水稻(野生型NIP，Oryza.Sativa L.spp.japonica)，标准品：β-D-葡聚糖。
实施例1水稻代谢物β-D-葡聚糖的含量与对稻飞虱抗性的关系
利用UHPLC-ESI-MS/MS技术进行稻飞虱诱导代谢物测试，对得到的数据进行比对分析、鉴定，得到稻飞虱侵染水稻后水稻代谢物β-D-葡聚糖，具体实验方法及结果如下：
1、实验方法
S1.在温度28℃、光周期12h光照/12h黑暗的培养条件下，萌发野生型NIP水稻，在1/2MS培养基上生长2周；
S2.将步骤S1所得水稻转移至水稻盆中，在温度28℃、光周期10h光照/14h黑暗的培养条件下，生长至四叶期；
S3.在步骤S2所得水稻上接种10头3龄期稻飞虱，取处理0和24h水稻样品；
S4.将步骤S3样品UHPLC-ESI-MS/MS检测不同样本差异代谢物。
2、实验结果
稻飞虱处理前后水稻代谢物β-D-葡聚糖的含量结果如图1所示，可以看出，经稻飞虱处理后，野生型NIP水稻中的水稻代谢物β-D-葡聚糖的含量，显著高于未经稻飞虱处理的水稻，表明稻飞虱可诱导水稻中β-D-葡聚糖的表达。
实施例2水稻在稻飞虱和β-D-葡聚糖处理前后的表型分析
对野生型NIP水稻外源喷施β-D-葡聚糖，处理组相对未处理组对稻飞虱抗性明显增强，具体实验方法及结果如下：
1、实验方法
S1.在温度28℃、光周期12h光照/12h黑暗的培养条件下，萌发野生型NIP水稻，在1/2MS培养基上生长2周；
S2.将步骤S1所得水稻转移至水稻盆中，在温度28℃、光周期10h光照/14h黑暗的培养条件下，生长至四叶期；
S3.在步骤S2所得水稻上接种10头3龄期稻飞虱，然后外源喷施浓度为50ppm的β-D-葡聚糖，2mL/株植物，观察水稻生长状况并统计水稻存活率。
2、实验结果
野生型水稻在稻飞虱和β-D-葡聚糖处理前后的表型分析结果如图2所示，可以看出，与未接种稻飞虱的水稻相比，接种稻飞虱的水稻的长势较差，呈死亡趋势。
另外，野生型水稻在β-D-葡聚糖和稻飞虱处理前后的存活率结果如图3所示，可以看出，在稻飞虱处理后，与未经β-D-葡聚糖处理的相比，外源喷施50ppm的β-D-葡聚糖，野生型水稻植株的存活率显著提高。以上结果表明：外源β-D-葡聚糖可显著提高水稻对稻飞虱的抗性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.水稻代谢物β-D-葡聚糖在鉴定水稻对稻飞虱抗性中的应用，其特征在于，所述鉴定的方法包括以下步骤：
S1. 培养野生型水稻和待测水稻，接种稻飞虱；
S2. 检测和定量野生型水稻中的β-D-葡聚糖，与待测水稻中的β-D-葡聚糖检测和定量结果进行比较，判断所述待测水稻是否抗稻飞虱。
2.水稻代谢物β-D-葡聚糖在提高水稻对稻飞虱抗性中的应用。
3.水稻代谢物β-D-葡聚糖在筛选抗稻飞虱水稻品种中的应用。
4.水稻代谢物β-D-葡聚糖在作为和/或制备稻飞虱抗性药物中的应用。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述鉴定方法的判断方法为：若所述待测水稻中的β-D-葡聚糖定量结果和所述野生型水稻中的β-D-葡聚糖定量结果相等或相差不显著，则所述待测水稻对稻飞虱无抗性；若所述待测水稻中的β-D-葡聚糖定量结果显著高于所述野生型水稻中的β-D-葡聚糖定量结果，则所述待测水稻对稻飞虱有抗性；若所述待测水稻中的β-D-葡聚糖定量结果显著低于所述野生型水稻中的β-D-葡聚糖定量结果，则待测水稻对稻飞虱敏感。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述鉴定方法中采用的稻飞虱为3～5龄期稻飞虱若虫。
7.一种提高水稻对稻飞虱抗性的方法，其特征在于，将β-D-葡聚糖外源喷施到水稻上。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述β-D-葡聚糖的浓度为40～60 ppm。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述β-D-葡聚糖的用量为1～3 mL/株水稻。
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