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小麦白粉病是一种影响小麦高产、稳产的世界性病害,在我国南北麦区危害程度日趋严重。由于白粉病抗源的单一和重复使用,大部分抗白粉病基因已丧失功能。为有效控制白粉病的流行,必须大力挖掘和利用新抗源,并实行抗性基因累加,以培育抗性持久的小麦新品种。
植物的抗病性在分子水平上是由抗性基因介导的防御反应,这主要与抗性基因产物的表达有关。抗性基因产物R蛋白同病原菌中无毒基因产物相互识别,激活的下游信号传递系统,最终引起植物防卫及相关抗病反应。植物抗性基因的克隆近年来发展迅速,已克隆的植物抗性基因在氨基酸水平上表现出一定程度的相似性,在一些区段高度保守,如蛋白激酶的保守序列、核苷酸结合区域(Nucleotide-Binding Domain,NB)、富含亮氨酸重复(Leucine-Rich Repeats,LRR)等,这一特性使同源性克隆成为可能。茉莉酸信号转导途径是一种重要的植物防卫及相关抗病反应,茉莉酸作为一种重要的植物激素,广泛地参与到多种基因的表达调控过程中:一方面,茉莉酸可参与同植物发育相关的基因表达的调控;茉莉酸是伤害反应(机械伤害,食草动物、昆虫伤害,病原侵染)的信号分子,可参与植物自身防御反应信号途径。茉莉酸不敏感突变体coi-1突变体不能应答茉莉酸的诱导作用,并阻断茉莉酸介导的抗性反应。coil基因编码的蛋白质COI1在N末端含有退化的F-box基序,F-box蛋白同SKP1、cullin以及Rbx蛋白等感应茉莉酸的负调控因子可形成SCF复合体,泛素蛋白可以识别并降解SCF复合体,从而消除负调控因子的抑制作用。
本研究以普通小麦Brock为抗性基因供体,用Brock与京015小麦的杂交后代同对白粉病敏感且农艺性状优良的品种京411再次进行杂交、回交7代,并自交1代得到近等基因系Brock/015∥京4117(Near-isogenie lines,NILs),从中选出的对白粉病抗性优良的品种为做为实验材料;对染菌处理8小时的普通小麦京411、NILs和未染菌处理的普通小麦京411、NILs的总体RNA所转录的cDNA,应用mRNA差异显示技术进行鉴定,通过3条3’端锚定引物和26条5’端10bp随即引物所组成的78对引物组合进行PCR筛选,最终筛选到20条目标片段。对其中的9条片段Fragment-4(F-4)、Fragment-5(F-5)、Fragment-9(F-9)、Fragment-12(F-12)、Fragment-15(F-15)、Fragment-17(F-17)、Fragment-18(F-18)、Fragment-22(F-22)和Fragment-22(F-24)分别进行克隆和测序。序列分析结果显示,有三条片段同已知的EST片段或氨基酸序列具有同源性。其中F-22的核苷酸序列全长为742bp,所编码的氨基酸序列同水稻中含有NB-ARC结构域的抗病蛋白具有同源性,同源性为51%,故推测该片段所编码蛋白可能与植物抗病相关;F-24的核苷酸序列全长为526bp,其编码的氨基酸序列同双子叶植物烟草、拟南芥、大豆、番茄和橡胶COI1的蛋白氨基酸序列具有同源性,同源性均为50%左右,故推测该片段所编码蛋白在小麦茉莉酸信号途径中发挥作用,并有可能参与到泛素蛋白降解途径中;F-12的核苷酸序列全长为233bp,通过EST数据库比对发现,其序列与高粱在逆境或病菌侵害时所表达的EST序列有高度同源性,同源性可达85%左右,故推测该基因片段同植物在逆境或病菌侵害等条件下所诱导表达的基因有密切关联。