【摘 要】
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由条形柄锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)引起的小麦条锈病是世界上种植小麦产区范围内重要的真菌性病害,具有传播快,高爆发的特点。近年来,化学农药的大量使用使得小麦条锈菌产生抗药性,且条锈菌致病性变异频繁,不断出现新的生理小种,引发条锈病广泛流行,而培育抗条锈病栽培品种是最为经济、安全、有效的途径,研究小麦抗病相关基因的功能,可为培育和改良具有抗病性的农作物新
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(编号:31272024,31571960);
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由条形柄锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)引起的小麦条锈病是世界上种植小麦产区范围内重要的真菌性病害,具有传播快,高爆发的特点。近年来,化学农药的大量使用使得小麦条锈菌产生抗药性,且条锈菌致病性变异频繁,不断出现新的生理小种,引发条锈病广泛流行,而培育抗条锈病栽培品种是最为经济、安全、有效的途径,研究小麦抗病相关基因的功能,可为培育和改良具有抗病性的农作物新品种提供科学的理论依据。本研究以小麦品种水源11(Suwon 11)与条锈菌生理小种CYR23组成非亲和互作,与生理小种CYR31组成成亲和互作,利用实时荧光定量PCR技术(q RT-PCR)对小麦TaFimbrin基因参与小麦抗条锈病的功能进行初步分析;对在非生物胁迫和施用外源激素处理下小麦TaFimbrin基因的表达特征进行分析;克隆小麦TaFimbrin基因全长序列,对其生物信息学特性进行分析;通过病毒诱导的基因沉默(BSMV-VIGS)技术,验证TaFimbrin在小麦抗条锈病中的功能,获得以下研究结果:1.实时荧光定量PCR初步分析了TaFimbrin在小麦条锈病中的抗病作用,结果表明,TaFimbrin在非亲和互作中的表达量明显上调,且在48h表达量达到峰值,是对照组的6.0倍;在亲和互作中,TaFimbrin的表达量呈下调趋势。2.非生物逆境胁迫和施用四种外源激素处理,试验结果表明,TaFimbrin能够响应不同外源激素刺激和非生物胁迫。在高温(Hot)、低温(Cool)、盐(Nacl)胁迫下诱导TaFimbrin基因表达量上调;在水杨酸(SA)诱导下TaFimbrin基因表达量呈下调趋势,在乙烯(ET)、脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(Me JA)诱导下TaFimbrin表达量显著上调。3.TaFimbrin在小麦植株不同器官中的表达量不同,组织特异性试验表明,TaFimbrin在小麦水源11品种的根、茎、叶及种子中均可表达,且在叶中的表达量最高。4.克隆得到小麦TaFimbrin基因的全长序列,TaFimbrin编码745个氨基酸,其分子量为81666.67Da,蛋白等电点为5.65。Fimbrin蛋白的保守结构域是由肌动蛋白相互结合而成,其由4个重复的CH-domain构成,主要定位于细胞质。5.生物信息学分析,微丝骨架调节因子TaFimbrin是CH-超家族中的一员,其蛋白的氨基酸序列不含有跨膜信号肽和核定位信号。6.BSMV-VIGS试验结果显示,借助大麦条纹花叶病毒对TaFimbrin基因进行诱导沉默,抑制其在小麦植株中的表达。对沉默成功的小麦植株分别接种条锈菌CYR23和CYR31。在非亲和互作中,沉默植株的抗病性降低,叶片上出现少量的夏孢子堆;在亲和互作中,与对照相比,叶片上的夏孢子堆数量增加,沉默植株的感病性增强。组织学观察发现,在48h和120h,TaFimbrin沉默植株叶片中菌丝分支数和菌丝长度都高于对照,在120h时基因沉默植株叶片中菌落面积显著高于对照组,结果表明,TaFimbrin沉默后小麦植株与对照相比感病性增强,进一步说明TaFimbrin参与植物的抗病性。因此,TaFimbrin与植株的抗病性相关,在小麦抵抗条锈病的侵染过程中响应正调控作用。
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