【摘 要】
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【研究背景】NAC(NAM,ATAF1/2和CUC2)转录因子(TFs)作为最大的植物特异性转录因子超家族,在包括生长发育、信号转导、胁迫响应等在内的多种生理过程中均发挥重要作用。由条形
【机 构】
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旱区作物逆境生物学国家重点实验室/西北农林科技大学农学院/农业部作物基因资源与种质创制陕西科学观测实验站;
【基金项目】
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国家重点研发计划(2016YFD0102004)
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【研究背景】NAC(NAM,ATAF1/2和CUC2)转录因子(TFs)作为最大的植物特异性转录因子超家族,在包括生长发育、信号转导、胁迫响应等在内的多种生理过程中均发挥重要作用。由条形柄锈菌(Puccinia striiformis f. sp. tritici, Pst)和布氏白粉菌(Blumeria graminis f. sp. tritici, Bgt)引起的条锈病和白粉病是小麦生产中最具破坏性的两种真菌性病害。已有报道表明,NAC转录因子在生物胁迫响应中发挥重要作用,但是关于小麦NAC(TaNAC)转录因子在对条锈病和白粉病抗性作用方面的报道有限,尤其是在小麦对真菌胁迫响应与否的全面比较分析上仍未见报道。【材料与方法】本研究使用兼抗条锈病和白粉病的普通六倍体小麦N9134为材料,利用条锈菌生理小种CYR31(西北农林科技大学植保学院提供)和白粉菌生理小种E09(本实验室保种)进行接种;利用普通六倍体小麦高感品种陕优225和辉县红作为接种效果的对照;利用基因克隆和生物信息学等技术进行分析。【结果与分析】我们利用普通小麦中国春参考基因组注释信息v1.1(IWGSC RefSeq v1.1),鉴定得到了101条新的高质量的TaNAC转录本,把460个基因位点的TaNAC基因的转录本数量增加到559条。条锈菌和白粉菌侵染后N9134的RNA-Seq(PRJNA243835)结果分析表明,有35.1%(54/154)的TaNAC基因响应苗期条锈病菌和白粉病菌的侵染。本研究以条锈菌和白粉菌侵染后的N9134为材料,共获得84个基因位点的186条TaNAC转录本,并把其中的180条新转录本提交到GenBank数据库(accessionnos.KY461014,KY461022,KY461025,KY461026,KY461030,KY461031,KY461035,KY461040, KY461041, KY461043, KY461052, MN747(172–307), MN7864(10–42))。比较分析发现,普通小麦在真菌胁迫条件下,差异表达的TaNAC中的非正常编码转录本的比例明显高于非差异表达的TaNAC(24/117 vs 8/69, p=0.0098)。系统进化分析将我们得到的全长TaNAC转录因子分为9个亚组,其中VI和VII亚组中仅包含在真菌胁迫条件下差异表达的TaNACs,且它们紧随NAM结构域的Motif 7中的均包含WV[L/V]CR保守基序。另外研究表明,虽然在N9134中真菌胁迫对膜结合TaNAC转录本的比例没有显著影响,但是从真菌胁迫后N9134中得到的膜结合TaNAC转录本的比例却显著高于其在中国春参考基因组的比例(19:135 vs 36:523, p=0.003)。此外,本研究通过克隆等得到了真菌胁迫响应相关的大量TaNAC转录本结构变体。【结论】TaNAC转录因子在小麦与真菌病原体相互作用中,不仅通过表达量的变化,还通过可变剪切形成不同的转录本结构变体在转录和转录后调控中发挥着积极作用。本研究得到的这些转录本结构变体为TaNAC在小麦真菌性病害抗性中的功能与机制研究提供了基础。
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