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当植物受到病原微生物入侵时,两者之间存在着强烈的营养竞争,如病原菌生长和增殖所需的糖。糖的摄取、交换和竞争,主要发生于活体营养型真菌与寄主的交界处,由糖转运蛋白控制。然而,糖转运蛋白参与植物-病原菌互作中糖分配的功能和机制仍知之甚少。小麦条锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici,Pst)为活体营养型专性寄生真菌,必须依赖菌丝特化营养器官—吸器,从寄主吸收营养物质供其生长发育所需。扼制或者减弱条锈菌吸收糖类物质途径,从而限制条锈菌生长。解析小麦和条锈菌间的糖转运和分配,对于制定有效的病害管理策略具有重要意义。基于此,本论文开展了以下研究:1. 以OsSTPs和AtSTPs为种子序列,利用现有小麦(Triticum aestivum)基因组数据库,预测得到79条Ta STPs(sugar transport proteins)基因。为了确定接种条锈菌后Ta STPs的表达模式,对上述79条Ta STPs基因利用exp VIP在线网站进行转录组预测分析。结果表明,接种条锈菌后只有4个基因Ta STP3、Ta STP6、Ta STP13,Ta STP25和Ta STP26是差异基因。q RT-PCR进一步验证转录组结果,5个基因的表达都受到条锈菌诱导。Ta STP25和Ta STP26差异表达较小,Ta STP3、Ta STP6和Ta STP13上调表达非常显著。以上结果表明,条锈菌侵染小麦过程中,诱导上调了一系列小麦己糖转运蛋白基因的表达。2. TaSTP3的三个拷贝,都非常显著地受到条锈菌侵染的诱导。利用酵母突变体互补技术,确定Ta STP3具有H~+/单糖共转运功能。通过烟草(Nicotiana benthamiana)叶片、小麦原生质体和酵母突变体定位分析,表明Ta STP3定位于细胞质膜。利用BSMV-VIGS(Barley Stripe Mosaic virus-Virus Induced Gene Silencing)系统瞬时沉默Ta STP3,沉默植株感病表型减弱,锈菌孢子量减少且小麦内部菌丝的生长受到限制。利用RNAi(RNA interference)技术靶向沉默Ta STP3基因,创制转基因小麦。进一步验证表明沉默Ta STP3能够抑制条锈菌的生长发育。另外,Ta STP3过表达转基因小麦接种条锈菌后,叶片孢子量呈现增多趋势,菌丝发育进程提前,感病表型增强等,暗示Ta STP3起到正调控条锈菌感病性。对Ta STP3启动子进行酵母单杂交(yeast-one-hybrid,Y1H)筛选,筛选到5个候选转录因子。通过双荧光素酶报告系统(dual-luciferase reporter system)表明,Ta WRKY61和Ta WRKY82对Ta STP3三个拷贝的启动子都有明显的激活作用,另外Ta WRKY17对Ta STP3的部分启动子有激活作用,Ta WRKY19和Ta-PHR1对Ta STP3启动子的表达影响不显著。由此我们推测,条锈菌侵染小麦后,可能增强转录因子(Ta WRKY61/82)对Ta STP3启动子结合能力,激活了Ta STP3的转录表达,进而促进小麦对条锈菌的感病性。3. TaSTP6的表达受到条锈菌侵染的诱导。对启动子分析,发现存在大量成簇的ABA(abscisic acid)响应元件,如ABRE和CE3,暗示Ta STP6的转录可能受到ABA影响。随后对小麦叶片进行ABA喷施处理,q RT-PCR表明Ta STP6的表达显著地受到诱导。除此之外,外源ABA喷施可激活转基因拟南芥Ta STP6np-GUS融合蛋白的表达。有研究报道,病原菌侵染会影响植物内源激素ABA的变化,为了验证这一猜想,对接菌的小麦叶片进行ABA含量测定。结果表明,接种条锈菌后内源ABA含量明显高于对照。因此,我们推测条锈菌侵染后Ta STP6的上调表达受ABA介导。此外,利用BSMV-VIGS系统瞬时沉默Ta STP6,感病表型减弱,锈菌孢子量减少,锈菌生物量减少且寄主内部菌丝的生长受到限制。另外,Ta STP6过表达拟南芥植株感染白粉菌表型增强,且单个菌落的孢子梗数目增多。另外,过表达拟南芥叶片糖含量增加,表明Ta STP6在植物中具有转运活性。利用酵母异源表达,Ta STP6能够转运多种单糖底物,且是单糖/H~+协同转运蛋白。烟草叶片和小麦原生质体的瞬时表达分析表明,Ta STP6定位于细胞膜。利用双分子荧光互补技术(bimolecular fluorescence complementation,Bi FC)和酵母分裂泛素系统(split-ubiquitin system)验证,Ta STP6可以形成同源聚体。以上结果表明,条锈菌侵染小麦,引起内源ABA含量水平升高,而ABA可能通过激活一些应答的转录因子,上调Ta STP6的表达,从而促进质外体的己糖转运进入条锈菌侵染细胞来保证条锈菌充足的糖类物质供应。