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木霉(Trichoderma spp.)作为一种重要的生物防治微生物,已普遍应用于各种作物病害的防治。然而在实际应用中发现,在病原菌侵染条件下,木霉与宿主植物之间存在复杂相互作用,尤其木霉-玉米之间的正向或负向互作对木霉诱导抗性有明显影响,因此在病原菌侵染条件下,鉴定调控木霉-玉米互作的关键基因,对于揭示木霉诱导玉米抗病性分子机理具有重要意义。由于玉米弯孢霉叶斑病、小斑病和大斑病是我国玉米产区的主要叶斑病,因此本文重点开展两部分工作,一是通过REMI 技术,筛选具有抑菌活性的转化子。二是从木霉-玉米互作角度分析木霉PLA2基因调控玉米抗叶斑病的分子机理。
1、本研究首先通过REMI 插入突变技术,以T43 为出发菌,分别将pV4-GFP和pV4 转化原生质体,获得了9个含pV4-GFP的转化子和250个含pV4的转化子,经过继代培养、PCR 扩增,证明线性质粒pV4-GFP和pV4 已成功插入木霉基因组DNA。
将菌落形态发生较大变化的40 株转化子对玉米弯孢叶斑病菌(Curvularia lunata),禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum),瓜类炭疽病菌(Colletotrichum orbiculare)进行拮抗活性测定,最终筛选到了5 株拮抗活性较高的转化子,其对病原菌的生长抑制率显著高于出发菌T43。
2、鉴定了康氏木霉(Trichoderma koningii)T30中磷脂酶A2(PLA2)在调控玉米抗叶斑病中的作用。
利用已获得的PLA2 敲除子,比较分析了敲除子与出发菌在生物学特性方面的差异。
结果表明:PLA2 敲除子菌丝生长的最适碳源为可溶性淀粉,最适氮源为酵母浸出汁,在以蔗糖为碳源和KNO3 为氮源的培养液中产孢最多,且明显高于出发菌产孢量。敲除子产生的外切几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性均低于出发菌。敲除子处理玉米根系后,与出发菌株相比相对防治效果高达29.63%,玉米离体叶片经PLA2 原核表达产物处理后再接种弯孢霉,病斑面积与对照相比有不同程度增加,推测PLA2 可能以负调控方式控制木霉对玉米弯孢霉叶斑病抗性反应。但该基因在木霉诱导玉米抗大斑病和小斑病过程中显示出正调控作用,说明该基因的调控机理还与玉米病害的种类有关。
开展了PLA2 负调控分子机理研究。结果表明:PLA2 敲除子处理玉米根系后,玉米叶片几丁质酶、OPR2基因在RNA 水平表达量,防御酶系活性和SA 含量均比出发菌株有不同程度提高,而JA、ABA 含量呈降低趋势,PAL、APX、POX1、PR1、AOS、OPR7基因在RNA表达水平无显著差异。PLA2 可能以负调控方式控制SA 在玉米叶片中的积累,而以正调控方式促进JA、ABA 积累。进一步通过蛋白质组学技术鉴定出发菌株T30及PLA2 敲除子的发酵液及菌丝差异蛋白,发现P82 与T30 发酵液中差异蛋白有5个;
T30,P82菌丝总蛋白点分别为90、163个,二者的电泳图谱有明显差异。质谱鉴定成功的6个差异蛋白点中,有1个敲除子特异表达的蛋白点和1个敲除子表达增强的蛋白点与诱导抗性相关,分别为谷胱甘肽氧化还原酶和免疫球蛋白重链接合蛋白。
综上所述,本文所获得的对玉米病原菌具有拮抗作用的REMI 突变株,为进一步提高木霉在防治玉米病害中的作用奠定技术和资源基础。关于PLA2基因在木霉诱导玉米抗弯孢霉叶斑病中的作用的研究结果,为深入研究木霉诱导抗性分子机理提供了重要线索。