猕猴桃miR160前体基因克隆及其在灰霉病抗性中的作用

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猕猴桃(Actinidia chinensis)营养和经济价值极高,被誉为水果之王。我国猕猴桃的种植面积和产量均位列世界第一。灰霉病是猕猴桃病害中常见的真菌病害之一,严重危害猕猴桃果实的质量与产量,影响果农的经济收入。目前国内外关于猕猴桃灰霉病防治的研究主要集中在物理、化学防控技术等方面,而猕猴桃对灰霉病抗性的分子机制研究相对迟缓,对抗病相关基因功能、调控机制鲜有报道。Micro RNA(miRNA)作为上游调控因子,通过与目标基因序列互补实现对靶标的沉默,从而调控生命活动中的一系列重要生物学过程,并被证实参与植物对病原菌的抗性调控。miR160作为miRNA家族的重要一员,可通过靶向生长素响应因子ARFs参与生长素信号传导途径并发挥调控作用。多项研究证实miR160参与对真菌病原菌的防御反应。前期采用灰葡萄孢菌悬液侵染猕猴桃果实并进行RNA-seq测序,发现miR160响应灰葡萄孢菌侵染表达变化明显,推测miR160参与调控猕猴桃灰霉病抗性响应。在此基础上,本研究以遗传背景清楚的“红阳”猕猴桃果实为实验材料,克隆猕猴桃miR160前体基因,采用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术研究miR160参与猕猴桃果实对灰霉病的防御响应的功能,并初步阐释miR160d调控猕猴桃果实灰霉病抗性的分子机制。研究结果将为实践中猕猴桃的抗病分子育种提供基因资源储备。具体研究结果如下:(1)成功克隆到猕猴桃miR160d前体基因Ac MIR160d,构建其p TRV2沉默表达载体,并转化农杆菌GV3101,菌落PCR和测序结果显示,成功构建Ac MIR160d的沉默表达载体。瞬时转化猕猴桃果实后,对猕猴桃果实miR160d表达量进行检测,结果显示miR160d在猕猴桃果实中显著下调表达。(2)进一步对猕猴桃表型变化及生理生化指标进行统计分析。结果表明,与对照组相比较,沉默表达miR160d组猕猴桃受灰霉菌侵染病斑面积扩张更为快速,表明沉默miR160d增强了猕猴桃对灰霉菌的抗性敏感性,推测miR160d对灰霉菌抗性具有正向的调控作用;生理指标检测结果显示,转化组猕猴桃SOD、POD和CAT的酶活性、渗透调节物质可溶性糖和Vc含量均高于对照组,说明沉默表达Ac-miR160d可通过影响活性氧代谢、渗透调节物质调控植物对灰霉病的抗性;植物总酚、总黄酮相较于对照组在miR160沉默表达后显著升高,推测Ac-miR160d沉默表达的猕猴桃果实在受到灰葡萄孢菌侵染时,可能通过增加总酚和总黄酮含量对病原菌进行响应,减少自身细胞损伤程度。灰葡萄孢菌侵染72 h内导致猕猴桃果实IAA和ETH等植物激素的含量均显著增加,说明IAA和ETH参与猕猴桃果实对灰葡萄孢菌的防御响应,且灰葡萄孢菌侵染前三天相关指标表达变化更明显。(3)采用灰霉菌侵染miR160d沉默组和对照组果实,并采集侵染0 h(miR160VSCK)、24 h(miR160VS1-CK1)和72 h(miR160VS3-CK3)的两组样本进行转录组分析。差异表达分析结果显示,miR160VS-CK组有480个差异表达基因(DEGs),灰葡萄孢菌侵染后的miR160VS1-CK1组有5563个DEGs,两组之间有140个共享基因。KEGG分析则进一步显示,相关差异基因高度富集于植物激素信号转导、MAPK信号途径植物、苯丙类生物合成、类黄酮生物合成和萜类主链生物合成通路,揭示猕猴桃miR160d主要通过调节次生代谢物水平以及植物激素信号途径参与植物抗性反应过程。(4)进一步采用外源生长素处理猕猴桃果实,并分析其对猕猴桃灰霉病抗性的诱导调控作用。研究结果显示,内源生长素IAA、IBA,以及合成生长素NAA和2,4-D,在浓度适宜时均可诱导猕猴桃果实对灰霉菌产生抗性,但诱导抗性的强弱存在差异,尤以50μg/m L 2,4-D,诱导12-48h时效果最佳,可显著降低猕猴桃果实上灰霉病的发病率和平均病斑面积,抑制灰霉病的发生和发展。防御相关酶活性和抗病相关基因表达量检测结果说明生长素2,4-D可能通过增加防御酶活性及调控抗病相关基因的表达诱导猕猴桃对灰霉病的抗性响应。
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