葡萄转录因子MYB14和MYB15调控芪类物质积累与抗白粉病研究

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为了研究转录因子基因MYB14和MYB15对葡萄种质中调控芪类物质积累与抗病性的作用,本文以中国野生毛葡萄(Vitis quinquangularis Rehd.)丹凤-2、商-24、83-4-96;华东葡萄(Vitis pseudoreticulata W.T.Wang)白河-35-1、白河-35-2;山葡萄(Vitis amurensis Rupr.)‘左山一’;刺葡萄(Vitis davidii(Roman.)Foex.)‘塘尾’;欧亚葡萄品种‘赤霞珠’、‘霞多丽’、‘黑比诺’、‘雷司令’、‘粉红玫瑰’、‘小白玫瑰’、‘佳利酿’、‘玫瑰香’、‘白玉霓’、‘红地球’、‘无核白’;杂种葡萄‘1-9-6’、6-12-1、6-12-3、6-12-4、6-12-7、‘北醇’、‘左优红’、‘北冰红’为材料,以葡萄MYB14和MYB15转录因子基因为目的基因,同源克隆获得MYB14和MYB15基因,在人工接种白粉菌后,研究两个转录因子基因的差异表达与苯丙氨酸代谢途径中芪类物质及黄酮类物质相关基因表达及物质含量变化,进行了以下研究,取得的结果是:1.鉴定出一批抗病种质资源。中国野生葡萄及欧亚葡萄品种抗白粉病性表现与鉴定的结果显示,总体上中国野生葡萄对白粉病的抗性高于欧亚葡萄品种,且葡萄种内的抗病性也存在较大差异。鉴定出3个抗病株系和2个抗病品种:白河-35-1、丹凤-2、商-24和‘塘尾’、‘北冰红’。2.中国野生葡萄与欧亚葡萄品种中MYB14和MYB15的差异表达。在抗白粉病葡萄中MYB15在接种葡萄白粉菌后表达均上调,而MYB14表达下调;感白粉病葡萄中MYB14和MYB15表达有差异。中国野生葡萄与欧亚葡萄品种中MYB14和MYB15的表达差异是这两个基因序列差异所致,抗白粉病的葡萄中MYB15发挥更重要的作用,表现为MYB15调控PAL与STSs基因的表达。这也是中国野生葡萄种质资源材料中的CHS与FLS基因表达黄酮类物质含量高于欧亚葡萄品种的含量的基因调控所致。3.揭示了中国野生葡萄与欧亚葡萄品种苯丙氨酸途径代谢的差异。人工接种葡萄白粉菌后,qRT-PCR分析PAL与STSs基因的表达,发现除‘佳利酿’外,中国野生葡萄及欧亚葡萄品种STSs和上游PAL基因表达在白粉菌诱导下增强,苯丙氨酸代谢途径的也整体加强。同时,中国野生葡萄与欧亚葡萄品种在白粉菌诱导下,中国野生葡萄的CHS与FLS基因表达对比PAL与STSs表达有所降低,但是,中国野生葡萄的CHS与FLS基因表达黄酮类物质含量高于欧亚葡萄品种的含量。4.中国野生葡萄与欧亚葡萄品种中CHS与FLS基因的差异表达。在白粉菌诱导下,欧亚葡萄品种CHS与FLS基因表达高于中国野生葡萄及其后代,这正是葡萄中苯丙氨酸代谢途径中的基因所处的节点与品种自身基因特性不同导致了黄酮类物质含量的差异,欧亚葡萄品种的CHS与FLS基因表达强于中国野生葡萄的基因表达,所以,欧亚葡萄品种不同程度的增强黄酮类物质的含量。5.中国野生葡萄种质资源携带的基因MYB14和MYB15的表达特性可以向后代遗传。中国野生葡萄与欧亚葡萄品种中MYB14和MYB15的表达的差异不仅表现在杂种后代中,而且杂种后代的苯丙氨酸代谢途径中基因表达与中国野生葡萄亲本的表达相似,甚至在苯丙氨酸代谢途径中表达形成的芪类物质与黄酮类物质的含量趋势相一致。因此,中国野生葡萄种质资源携带的基因MYB14和MYB15是可以向后代遗传的。综上所述,葡萄中MYB14和MYB15转录因子基因调控了苯丙氨酸代谢途径中的芪合酶基因表达增强,MYB15还调控了 PAL的上调,导致葡萄中芪合酶基因表达增强与抗菌活性物质含量增加,使葡萄表现出抗病性。中国野生葡萄携带的MYB14和MYB15通过杂交育种可以遗传给杂种后代,所以,中国野生葡萄种抗病的种质‘塘尾’、白河-35-1、丹凤-2、商-24和‘北冰红’是抗病育种的重要种质资源。
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