黄瓜霜霉病抗病基因鉴定及其表达分析

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黄瓜霜霉病是由卵菌纲的古巴假霜霉病菌(Pseudoperonospora cubensis)引起的。在黄瓜生产中,霜霉病是具有毁灭性的叶部病害。近年来随着病原菌的变异,有加速流行的趋势。利用药剂防治已经可以在一定程度上控制该病的发生。但是,药剂的使用存在食品安全问题和环境问题,也存在霜霉病菌的抗药性问题。培育并使用抗病品种是减轻该病危害的最有效措施。因此,黄瓜抗霜霉病基因的发掘和黄瓜抗霜霉病机制的深入研究对于黄瓜抗霜霉病育种和黄瓜生产实践具有重要意义。本论文主要进行了以下几方面的研究:(1)对不同类型黄瓜材料进行苗期接种鉴定和田间评价鉴定,评价霜霉病抗性;(3)测序并分析“M801-3-1”和“M302-3”侵染霜霉病菌后的转录组。(3)采用SSH技术对黄瓜抗霜霉病品种“M801-3-1”侵染霜霉病菌前后的差异表达基因进行分析;(4)从植物抗性基因数据库网站(http://prgdb.crg.eu/old.php)下载拟南芥和甜瓜抗霜霉病家族的蛋白质氨基酸序列,用其分别检索“瓜类基因组数据库”(http://www.icugi.org/)中的“黄瓜基因组数据库”,通过BLAST比对查找出在“黄瓜基因组数据库”中的黄瓜抗霜霉病候选基因,并利用DNAMAN6.0软件对这些基因进行聚类分析,通过RT-PCR试验和实时定量RT-PCR在抗霜霉病品种“M801-3-1”和感病材料“M302-3”分析候选基因的表达情况;(5)根据Csa002921扩增406bp片段产物构建干扰载体pRNA002921,通过农杆菌介导法转化“M801-3-1”和“M302-3”。本研究主要结果如下:(1)对不同类型黄瓜材料通过苗期接种鉴定和田间评价鉴定,鉴定出抗霜霉病材料5份,中抗材料3份,感病材料3份。确定抗霜霉病品种“M801-3-1”和感病材料“M302-3”。(2)通过测序感病黄瓜品种和抗病黄瓜品种受霜霉病菌侵染后的转录组,证实在抗感品种间霜霉病菌侵染后的转录组存在较大差别。抗霜霉病品种M8O1-3-1中3599个蛋白表达量较高,生长素相关蛋白,钙结合蛋白,热激蛋白,谷胱甘肽氧化酶,谷胱甘肽还原酶,谷胱甘肽硫转移酶,肽脯氨酰顺反异构酶,叶绿体结合蛋白,泛素连接酶,蛋白酶体组成蛋白等在抗病品种中表达量较高,其中47个蛋白仅在M801-3-1中表达,包括DNA损伤诱导蛋白和抗坏血酸过氧化物酶等。证实抗病品种中存在1个表达量较高的CC-NBS-LRR类R基因,可能为抗病R基因。感病品种M302-3蛋白表达量较高的有1727个,乙烯氧化酶,乙烯相应转录因子,水杨酸羧基甲基转移酶,WRKY转录因子蛋白等在感病品种中表达量较高,其中有168个蛋白仅在感病品种M302-3中表达,包括TIR-NBS-LRR疾病抗性蛋白,核糖体组成蛋白,乙烯合成酶,泛素蛋白和效应因子蛋白。证实在感病品种中存在2个特异性表达的TIR-NBS-LRR类R基因和1个高表达的TIR-NBS-LRR,可能为感病R基因。(3)利用SSH技术构建抗病黄瓜材料霜霉病菌接种和未接种差异表达的消减cDNA文库。经反向Northern blot杂交检测,共得到48个阳性克隆。利用分子生物学软件对测序后的序列进行质量检测和聚类、拼接,共得到14个UniESTs,其中包括8个singletons和6个contigs。将上述EST序列在“瓜类基因组数据库”中的“黄瓜基因组数据库”进行BLAST比对,有10个EST片段找到了与之匹配的同源序列,有4个EST片段未找到同源序列,推测可能是新基因。(4)在“黄瓜基因组数据库”进行BLAST比对,确定黄瓜基因组中存在185个和拟南芥抗霜霉病基因同源的基因,2个和甜瓜抗霜霉病基因同源的基因。RT-PCR试验和实时定量RT-PCR表明Csa001907和Csa002921在抗病品种中特异下调表达有可能是黄瓜抗霜霉病的R基因。RT-PCR试验和实时定量RT-PCR证明了大部分R基因是组成型表达的,本研究中未发现R基因存在上调表达的现象。RT-PCR试验和实时定量RT-PCR都证实了Csa001907和Csa002921基因在抗病品种中存在下调表达现象,实时定量RT-PCR试验表明Csa001907和Csa002921在感病品种中不存在下调表达现象。(5)本试验还构建了Csa002921的RNAi干扰表达载体,通过转基因实验能够进一步确定Csa002921在黄瓜抗霜霉病中的作用。
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