大薯感染炭疽病后叶片超微结构的变化及抗病相关基因的克隆与分析

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大薯(Dioscoreaalata L.)在我国有着传统的栽培历史,长江以南地区均有种植,是一种具有特色的药食兼用的传统蔬菜。炭疽病是大薯生产中最严重的病害之一,目前还没有很好的防治方法,发掘和筛选有效的内源抗性基因进行分子抗病机理的研究,可以为今后大薯抗病育种的研究提供科学依据和理论参考。基于前期工作基础,本研究采用前期鉴定的海南优势炭疽菌株(Colletotrichum asianum)接种2份抗感差异明显的大薯种质,并采用透射电镜技术探究抗感种质在炭疽菌侵染后的超微结构变化;同时,基于前期的转录组数据,利用qRT-PCR对15个与防卫反应相关的差异表达基因进行分析,并克隆了DaPR 基因和2个WRKY基因的cDNA全长,通过酵母单杂技术分析DaPR1基因启动子和2个WRKY转录因子间的互作关系。主要研究结果如下:1.对大薯高感种质Da90和高抗种质Da94分别接种炭疽菌后72h、96h和120h叶片细胞超微结构的变化进行观察并分析。结果发现:Da90接种炭疽菌72h后叶片细胞出现异常,叶绿体淀粉粒变大、嗜锇颗粒增多,部分细胞出现质壁分离,叶绿体降解等现象;接种炭疽菌96h后,叶片细胞内出现初生菌丝,叶绿体和线粒体出现解体;接种炭疽菌120h后,叶片细胞内和细胞间隙出现次生菌丝,标志着炭疽菌开始由活体营养阶段转向死体营养阶段。而Da94接种炭疽菌72h和96h后叶片细胞均基本正常,120h后部分细胞出现质壁分离,细胞膜边缘出现大量囊泡,叶绿体中淀粉粒增多变大,其他细胞器结构正常,并未观察到菌丝。这一结果表明可能是高抗种质Da94产生了某种物质或结构影响了炭疽菌菌丝的成,导致无法完成对寄主的侵染致病。2.筛选得到15个与防卫反应相关的差异表达基因进行荧光定量PCR分析,在炭疽菌的诱导下15个基因的表达量均高于对照,但是不同基因在抗感种质中表达量的变化有所不同。其中,GST、SOD、CHI2、CHI5、WRKY33和PR1在炭疽菌侵染抗病材料后表达量显著提高,表明这7个特异表达的基因可能与炭疽病抗性相关。3.利用RT-PCR技术从大薯中克隆了DaPR1、DaWRKY28、DaWRKY 3基因的全长cDNA。生物信息学分析表明DaPR1编码的蛋白具有典型SCP-PRl-like保守结构域,Blast 比对表明 DaPRl 蛋白与油棕(Elaeisguineensis)、海枣(Phhoenix dactylifera)、香蕉(Musa acuminata)和芦笋(Asparagus officinalis的 PR1 蛋白同源性较高,分别为79%、76%、75%、74%。同时,分析显示,DaWRKY28和DaWRKY33基因编码的氨基酸序列均包含1个WRKY结构域且C端具有1个锌指序列结构C2H2,因此可以判定这2个WRKY转录因子均属于WRKY转录因子家族中的第Ⅱ类。构建系统发育树结果显示,DaWRKY28与油棕(EgWRKY28)和海枣(PdWRKY28)的转录因子聚为一类,亲缘关系较近;而DaWRKY33与陆地棉(GhWRKY9)的转录因子聚为一类,亲缘关系较近。4.利用Adaptor-PCR方法分别构建了大薯Da90和Da94的启动子克隆文库。通过巢式PCR扩增DaPR1上游转录调控序列,最终在Da90启动子克隆文库中获得了长度为1526bp的DaPR 启动子序列(PPRla),在Da94启动子克隆文库中获得了长度为1336bp的DaPR1启动子序列(PPRlb)。序列分析表明这2个启动子序列除了含有基础的启动子元件CAAT-box和TATA-box外,还均含有茉莉酸(JA)、赤霉素(GB)等激素响应元件及真菌诱导响应元件(W-box)。5.利用点对点酵母单杂交技术证明了 DaWRKY33转录因子能够与克隆的DaPR1基因的两个启动子互作,从而参与DaPRl基因的表达。而DaWRKY28转录因子不能与DaPR1基因的启动子互作。
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