高粱抗蚜虫种质评价及抗性机理解析

[目的]通过田间接种筛选高粱高抗蚜虫种质资源,生理代谢组学分析揭示抗蚜材料代谢产物、代谢通路及其功能差异,结合育种实际丰富高粱亲本系材料,实现高粱抗蚜虫聚合育种.[方法]本研究于2022年夏对22份育种材料进行田间接种鉴定,筛选高抗、高感材料各1份.2022年冬拔节期接种3d后取样,进行生理代谢组学测定.[结果]22份材料接种后虫口数量出现明显差异,鉴定到高抗材料3份、高感材料2份,选取高感保持系材料LB36(蚜量比值1.78),高抗保持系材料LB34(蚜量比值0.12)为后续研究材料.生理代谢组学结果表明抗感材料K1 vs G1接种前存在140个差异代谢物,接种后K2 vs G2检测到181个差异代谢物,高抗材料接种后K1 vs K2鉴定到17个显著上调差异代谢物和24个显著下调差异代谢物,高感材料G1 vs G2显著上调差异代谢物51个,显著下调差异代谢物42个.分析发现KEGG抗感材料均富集到苯丙素生物合成、苯丙素类化合物生物合成2条代谢通路.此外差异代谢物L-谷氨酰胺在高抗材料中表现上调趋势,高感材料接种后则表现下调趋势.[结论]22份亲本系材料中鉴定到高抗材料3份,保持系1份为LB34,恢复系2份为NK1和LNR-4;高感材料2份,保持系1份为LB36,恢复系1份为LTR168.高抗材料LB34富集的KEGG通路苯丙素生物合成和苯丙素类化合物的生物合成主要功能体现在植物生长和抵抗生物或非生物胁迫中,贡献度较高的L-谷氨酰胺(L-glutamine)促进能量代谢,从而增加植株抗氧化酶活性,实现抵御蚜虫侵染.