论文部分内容阅读
小麦赤霉病是由禾谷镰刀菌引起的严重的穗部病害，不仅会造成小麦产量和品质的降低，其产生的真菌毒素还危害着人和动物的健康。虽然已有很多关于小麦赤霉病的研究报道，但小麦抗赤霉病的分子机制尚未完全研究清楚。本研究通过对接菌后不同时间点小麦穗部的扫描电镜观察，选取接种后72h的小麦赤霉病抗、感近等基因系Apogee73S2和Apogee为材料，进行高通量的Solxea测序，获得了接菌与对照条件下小麦的转录组数据，并以此为基础，从Apogee73S2中克隆得到3个与拟南芥系统获得抗性关键基因AtNPR1同源的基因：TaNPR1、TaNPR2和TaNPR3，主要结果如下：1.在赤霉菌侵染初期，由孢子萌发产生的菌丝只是沿着寄主表面不断生长扩展而并未入侵，至接菌后24h仍没有看见明显的病斑出现。随后，菌丝开始逐渐形成密集的菌丝网，并产生特异的侵染菌丝及多种复杂二级菌丝结构。赤霉菌不但可以通过入侵栓穿透表皮层细胞壁，还可以在角质层下扩展延伸。在接种后36h，小麦外稃出现肉眼可见的褐色病斑，并随着时间延长逐渐变大，在72h已经变得十分明显。2.与对照相比，Apogee73S2在接菌后有2741个基因表达上调，3793个基因表达下调；而在感病系Apogee中，上调表达的基因有2042个，下调表达的有2049个。在受到赤霉菌侵害后，光合作用相关基因受到强烈的抑制；而糖代谢、TCA循环过程均被激活；参与解毒、转运、氧化应激、信号转导以及次级代谢过程的基因也被诱导表达。3.为了验证转录组的数据，通过qRT-PCR对参与上述抗病相关过程的部分基因进行了接菌不同时间点的表达分析，发现在抗、感近等基因系中，参与木质素合成、水杨酸和茉莉酸信号途径及生物胁迫响应相关基因都被激活以抵抗赤霉菌入侵，其中部分基因在抗病材料中的上调幅度明显高于感病材料。对转录组数据进一步分析后发现，2个基因仅在抗病材料Apogee73S2中表达且在接菌后显著上调，即交替氧化酶基因和UDP-糖基转移酶基因，这些特异表达的基因很可能对抵抗赤霉病起到重要作用。4. TaNPR1、TaNPR2和TaNPR3开放阅读框分别编码580、607和601个氨基酸残基。序列分析表明，这3个小麦NPR1-like蛋白都含有保守的BTB/POZ、ANK和NPR1_like_C结构域及功能氨基酸，但仅TaNPR1具有2个对NPR1寡聚体形成十分必要的保守半胱氨酸残基。蛋白质聚类分析表明，TaNPR1与TaNPR2和TaNPR3的同源性均较低，其中TaNPR1与NPR1蛋白聚为一类，而TaNPR2和TaNPR3均与NPR1同源蛋白聚为一类。荧光定量PCR分析结果显示，TaNPR1、TaNPR2和TaNPR3基因都可被植物抗病相关信号分子水杨酸和茉莉酸甲酯诱导。与感病系Apogee相比，抗病近等基因系Apogee73S2中TaNPR1和TaNPR3能够更早地响应赤霉菌的诱导并显著上调表达；而TaNPR2在感、抗材料中对赤霉菌侵染的响应都较为缓慢且变化不明显。这些结果表明，TaNPR1和TaNPR3可能在小麦对赤霉菌的防御反应中起重要作用。