miR159参与赤霉素调控大豆抗胞囊线虫的作用机理研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ckxworkman
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大豆[Glycine max(L.)Merr.]在我国经济中占有重要地位。大豆胞囊线虫(soybean cyst nematode,SCN)是影响大豆产量最严重的病原物之一。现有研究表明,赤霉素和mi R159响应胞囊线虫寄生大豆的过程。然而,赤霉素和mi R159在大豆与胞囊线虫的互作中的具体功能和作用机制尚不清楚。本论文通过对赤霉素和mi R159在大豆与胞囊线虫互作中的具体功能进行验证,明确了赤霉素和mi R159调控大豆对胞囊线虫抗性的分子机制,取得了以下研究结果:1.明确了大豆mi RNA对胞囊线虫侵染的早期响应。以抗性品种灰皮支(Huipizhi,HPZ)和感病品种Williams82(W82)为材料,在接种大豆胞囊线虫3号生理小种1 dpi和5 dpi两个早期的时间点进行取样,共构建24个s RNA文库并进行高通量测序,并鉴定到634个已知的mi RNA和252个novel mi RNA。其中14个已知的mi RNA和26个novel mi RNA在线虫侵染时差异表达。差异表达的mi RNA的靶基因与植物激素信号转导、活性氧爆发以及抗病密切相关。2.明确了mi R159正向调控大豆对胞囊线虫的抗性。对mi R159进行序列分析发现,大豆中含有5个MIR159基因,分别是gma-mi R159a/b/c/e/f,对应的前体序列为pre-mi R159a/b/c/e/f,成熟序列为mi R159-3p。系统进化分析表明,大豆mi R159主要分为两个亚家族,gma-mi R159a/e和gma-mi R159b/c/f。以p NINC2RNAi载体为基础,构建mi R159过表达和STTM-mi R159沉默载体并诱导转基因大豆发根进行功能验证发现,相对于空载体(Empty vector,EV),含有mi R159过表达载体转基因发根中的mi R159的表达量可提高6-15倍,而含有STTM-mi R159沉默载体发根中的mi R159表达量下降至0.5倍以下。过表达mi R159可降低发根中的线虫数量,限制转基因发根中的线虫的发育,提高大豆对胞囊线虫的抗性;反之,沉默mi R159则增加发根中的线虫数量,促进大豆胞囊线虫的发育,降低大豆对胞囊线虫的抗性。3.明确了Gm MYB33基因负调控大豆对胞囊线虫的抗性。通过在ps RNATarget网站在线分析和5’-RACE实验证明,mi R159切割Glyma.04G125700、Glyma.06G312900、Glyma13G073400、Glyma.13G187500、Glyma15G225300、Glyma.20G47600等6个GAMYB基因。系统进化和保守结构域分析发现,上述基因与拟南芥的At MYB33基因具有更近的亲缘关系,分别命名为:Gm MYB33c、Gm MYB33d、Gm MYB33b、Gm MYB33e、Gm MYB33f和Gm MYB33a,且Gm MYB33蛋白为典型的R2R3型MYB转录因子。在SCN侵染件下,大豆根中的Gm MYB33a、Gm MYB33b、Gm MYB33c、Gm MYB33e、Gm MYB33d以及Gm MYB33f均上调表达。其中Gm MYB33b的表达水平上调程度最高,上调了4倍。通过构建Gm MYB33b过表达和Gm MYB33b RNAi沉默转基因大豆发根进行功能验证发现,相对于EV,在Gmubi启动子的驱动下,Gm MYB33b在过基因表达发根中的表达量提高14.31倍,在Ca MV35S启动子驱动的RNAi沉默发根中的表达量下调至0.45倍。过表达Gm MYB33b提高发根中的线虫数量,促进胞囊线虫的发育,降低大豆对胞囊线的抗性。反之,沉默Gm MYB33b则降低发根中的线虫数量,延缓线虫的发育,提高大豆对胞囊线虫的抗性。4.明确了赤霉素正向调控大豆对胞囊线虫的抗性和mi R159的表达。在线虫侵染的早期(1 dpi和5 dpi),调控赤霉素代谢的基因上调表达,而赤霉素合成的基因则下调表达。在线虫寄生的后期(10 dpi和15 dpi),调控赤霉素合成和代谢的基因表达模式无明显的相反趋势。大豆胞囊线虫侵染导致大豆根内多种赤霉素的含量下降,其中,具有生物活性的GA1和GA3在线虫侵染的早期(1 dpi和5 dpi)显著下调。外源施用GA3可提高内源GA1和GA3的含量,降低大豆根中的线虫总数并延迟线虫的发育,上调大豆根中的mi R159表达量,抑制Gm MYB33基因的表达,恢复STTM-mi R159沉默转基因大豆发根对线虫的抗性。本研究明确了GA和mi R159均正调控大豆对胞囊线虫的抗性,且GA正调控mi R159的表达,即mi R159参与GA调控胞囊线虫的抗性途径之中。
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