Page 30 - 《广西植物》2024年第12期

２ １ ８ ８ 广 西 植 物 ４４ 卷
ＰＣＲ ｗａｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｏ ｅｘａｍｉｎｅ ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＯＣＰＩ２ ｇｅｎｅ ｕｎｄｅｒ ｈｅｒｂｉｖｏｒｏｕｓ ｉｎｓｅｃｔ ｆｅｅｄｉｎｇ ａｎｄ ｐｌａｎｔ
ｈｏｒｍｏｎｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ: (１) Ｔｈｅ ｃｏｄｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ＯＣＰＩ２ ｇｅｎｅ ｗａｓ ２１９ ｂｐꎬ ｅｎｃｏｄｉｎｇ ａ ｐｒｏｔｅｉｎ ｏｆ
７２ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ. Ｔｈｅ ＯＣＰＩ２ ｐｒｏｔｅｉｎ ｈａｄ ａ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ７.７２ ｋＤａ ａｎｄ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｉｓｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ５.２１ꎬ ｗｉｔｈ
ｎｏ ｓｉｇｎａｌ ｐｅｐｔｉｄｅ ａｎｄ ｎｏ ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ. (２) Ｔｈｅ ＯＣＰＩ２ ｐｒｏｔｅｉｎ ｗａｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ ｐｒｏｔｅｉｎ
ｉｎ Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ｕｒａｒｔｕ (ＥＭＳ６１６１３.１). (３) Ｔｈｅ ＯＣＰＩ２ ｇｅｎｅ ｃｏｎｔａｉｎｅｄ ａ ｐｏｔａｔｏ＿ｉｎｈｉｂｉｔ ｃｏｎｓｅｒｖｅｄ ｄｏｍａｉｎ ａｎｄ ｂｅｌｏｎｇｅｄ ｔｏ
ｔｈｅ ｓｅｒｉｎｅ ｐｒｏｔｅａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｆａｍｉｌｙ. (４) Ｔｈｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ＯＣＰＩ２ ｇｅｎｅ ｗａｓ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｆｅｅｄｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｉｃｅ ｓｔｒｉｐｅｄ ｓｔｅｍ
ｂｏｒｅｒ ( Ｃｈｉｌｏ ｓｕｐｐｒｅｓｓａｌｉｓ) ａｎｄ ｔｈｅ ｂｒｏｗｎ ｐｌａｎｔｈｏｐｐｅｒ ( Ｎｉｌａｐａｒｖａｔａ ｌｕｇｅｎｓ)ꎬ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｗｏｕｎｄｉｎｇꎬ ａｎｄ ｍｅｔｈｙｌ
ｓａｌｉｃｙｌａｔｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔꎬ ｗｈｅｒｅａｓ ｍｅｔｈｙｌ ｊａｓｍｏｎａｔｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙ ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ ＯＣＰＩ２ ｇｅｎｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ. Ｔａｋｅｎ
ｔｏｇｅｔｈｅｒꎬ ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｕｇｇｅｓｔ ｔｈａｔ ＯＣＰＩ２ ｇｅｎｅ ｍａｙ ｂｅ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｆｅｎｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｒｉｃｅ ｔｏ ｈｅｒｂｉｖｏｒｏｕｓ
ｉｎｓｅｃｔｓ. Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ａ ｄｅｅｐｅｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ＯＣＰＩ２ ｇｅｎｅ ｉｎ ｒｉｃｅ
ｄｅｆｅｎｓｅ ａｇａｉｎｓｔ ｉｎｓｅｃｔ ｈｅｒｂｉｖｏｒｅｓ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｒｉｃｅꎬ ｐｒｏｔｅａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒꎬ ＯＣＰＩ２ꎬ ｇｅｎｅ ｃｌｏｎｉｎｇꎬ ｉｎｄｕｃｅｄ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ

蛋白酶抑制剂( ｐｒｏｔｅａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒꎬ ＰＩ) 广泛存 在功能上非常保守ꎬ可以抑制多种丝氨酸蛋白酶
在于动物、植物和微生物中ꎬ是一类分子量介于 的活性和调节植物体内自身的免疫反应ꎬ增强植
５ ~ ２５ ｋＤａ 之间的小分子多肽或蛋白质ꎬ以二聚体 物对昆虫的抗性(Ｃｌｅｍｅｎｔｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１９ꎻ Ｂｅｎｂｏｗ ｅｔ
或四聚体的方式存在于生物体中ꎬ对于蛋白水解 ａｌ.ꎬ ２０１９ꎻ Ｆｅｒｒｅｉｒａ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２３ )ꎮ 如 Ｌｏｓｖｉｋ 等
活性的调节至关重要ꎬ在代谢和细胞生理学相关 (２０１７)发现在大麦( Ｈｏｒｄｅｕｍ ｖｕｌｇａｒｅ) 中过表达丝

的生物学过程中发挥重 要 作 用 ( Ｈａｂｉｂ ＆ Ｆａｚｉｌｉꎬ 氨 酸 蛋 白 酶 抑 制 剂 基 因 Ｂａｒｌｅｙ ｃｈｙｍｏｔｒｙｐｓｉｎ
２００７)ꎮ 在植物中ꎬ蛋白酶抑制剂是贮藏蛋白ꎬ也 ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ２ｃ ( ＣＩ２ｃ) 能显著提高大麦对桃蚜( Ｍｙｚｕｓ
是内源性蛋白调节因子ꎬ不仅参与种子萌发和休 ｐｅｒｓｉｃａｅ)的抗性ꎬ进一步研究发现ꎬＣＩ２ｃ 基因通过
眠等生理过程ꎬ而且参与调节植物对植食性昆虫 抑制桃蚜消化酶的活性ꎬ干扰了其营养吸收和生

的抗 性 ( Ｈöｒｇｅｒ ＆ ｖａｎ ｄｅｒ Ｈｏｏｒｎꎬ ２０１３ꎻ Ｓｉｎｇｈ ｅｔ 长ꎬ从而显著降低其繁殖力ꎮ 半胱氨酸蛋白酶抑
ａｌ.ꎬ ２０２０ꎻ Ｘｉｅ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０２１)ꎮ 例如ꎬ一些植物蛋白 制剂则通过水解半胱氨酸蛋白酶影响昆虫的正常
酶抑制剂通过调控昆虫内源蛋白酶活性从而导致 生长发育ꎬ对于鞘翅目昆虫具有较好的抗虫效果ꎮ
细胞程序性死亡ꎬ它们也能进入昆虫消化道ꎬ与昆 Ｃｉｎｇｅｌ 等(２０１７)将半胱氨酸蛋白酶抑制剂胱抑素
虫肠道中消化酶结合ꎬ抑制其活性ꎬ从而影响昆虫 Ｉ 和Ⅱ ( ｏｒｙｚａｃｙｓｔａｔｉｎ Ｉ 和 ｏｒｙｚａｃｙｓｔａｔｉｎ ⅡꎬＯＣ Ｉ 和
对营养物质的消化吸收ꎬ最终干扰昆虫的生长发 ＯＣ Ⅱ)基因转入马铃薯(Ｓｏｌａｎｕｍ ｔｕｂｅｒｏｓｕｍ)中ꎬ获
育(Ｍｅｅｋｉｎｓ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１７)ꎮ 此外ꎬ一些蛋白酶抑制 得能同时表达这两种蛋白质的马铃薯ꎮ 进一步生

剂也能进入昆虫血淋巴ꎬ干扰免疫系统( Ｒａｈｂé ｅｔ 物测定试验显示ꎬ取食上述转基因马铃薯的科罗
ａｌ.ꎬ ２００３)ꎮ 因此ꎬ发掘植物蛋白酶抑制剂基因ꎬ 拉多马铃薯甲虫( Ｌｅｐｔｉｎｏｔａｒｓａ ｄｅｃｅｍｌｉｎｅａｔａ) 幼虫发
解析其生理功能ꎬ并将其应用于害虫防治对于发 育速度减慢ꎬ体重降低ꎬ死亡率升高ꎮ

展绿色农业具有重要意义ꎮ 水稻(Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ) 是全球重要的粮食作物之
植物中存在多种类型的蛋白酶抑制剂ꎬ主要 一ꎬ水稻的稳产对于全球粮食生产至关重要ꎮ 然

包 括 丝 氨 酸 蛋 白 酶 抑 制 剂 ( ｓｅｒｉｎｅ ｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ 而ꎬ水稻在生长过程中常常受到各种害虫的为害ꎬ
ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ)、 半 胱 氨 酸 蛋 白 酶 抑 制 剂 ( ｃｙｓｔｅｉｎｅ 导致产量和品质下降( Ｌｏｕ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１３)ꎮ 当前我
ｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ )、 天 冬 氨 酸 蛋 白 酶 抑 制 剂 国水稻害虫防治主要依赖化学杀虫剂ꎬ不仅危害
(ａｓｐａｒｔｉｃ ｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ) 和金属蛋白酶抑制剂 人类健康ꎬ还会导致环境污染、农副产品中农药残
(ｍｅｔａｌｌｏ￣ｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ) ( Ｌａｓｋｏｗｓｋｉ ＆ Ｋａｔａꎬ 留量 超 标 和 害 虫 抗 药 性 增 加 等 ( Ｍａｏ ｅｔ ａｌ.ꎬ
１９８０)ꎮ 在这些蛋白酶抑制剂中ꎬ丝氨酸蛋白酶抑 ２０１９)ꎮ 因此ꎬ发展绿色防控手段对于水稻害虫综
制剂和半胱氨酸蛋白酶抑制剂的应用最为广泛ꎮ 合治理具有重要意义ꎮ 发掘抗虫基因ꎬ培育和种
丝氨酸蛋白酶抑制剂是植物最丰富的一类蛋白酶 植抗虫水稻品种是水稻害虫防治的重点ꎬ植物蛋
抑制剂(Ｒｕｓｔｇｉ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)ꎬ其结构较为复杂ꎬ但 白酶抑制剂基因的发掘和利用是其中一个重要研