【摘 要】
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青枯病、枯萎病等典型的维管束病害侵染范围广,危害到多种作物,常给农业生产带来巨大的经济损失,传统的防治方法在应用中受到各种局限。近年来,植物基因工程技术的建立和新型抗病基因的发现为维管束病害的防治提供了新的策略。群体感应淬灭酶Aii A能水解多种致病菌的信号高丝氨酸内酯(AHLs),从而阻断致病基因的表达,使植物免受病菌侵害;这种新型抗病基因的发现为持久高效地防治维管束病害提供了可能。植物基因工程
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青枯病、枯萎病等典型的维管束病害侵染范围广,危害到多种作物,常给农业生产带来巨大的经济损失,传统的防治方法在应用中受到各种局限。近年来,植物基因工程技术的建立和新型抗病基因的发现为维管束病害的防治提供了新的策略。群体感应淬灭酶Aii A能水解多种致病菌的信号高丝氨酸内酯(AHLs),从而阻断致病基因的表达,使植物免受病菌侵害;这种新型抗病基因的发现为持久高效地防治维管束病害提供了可能。植物基因工程中广泛使用的花椰菜花叶病毒CMV35S启动子35S,一般被认为在各生育期及所有的组织都能表达,而基因的定时定位表达则是植物基因工程发展的必然方向。为更好地利用Aii A酶防治维管束病害,本文研究了应用拟南芥木质素蛋白At XYP1启动子Px来指导淬灭酶aii A基因在维管束定位表达的可行性,前人研究发现木质素蛋白在拟南芥维管束特异表达,但其启动子的活性及在其它植物中的表达情况均无报道;为避免定位启动子总体表达量偏低的风险,同时构建了35S-Px串联启动子来探讨增强启动子Px活性的方法。本研究首先6个载体Z1(p BI121-Px-aii A)、Z2(p BI121-35S-Px-aii A)、Z3(p BI121-35S-aii A)、Z4(p BI121-Px-GUS)、Z5(p BI121-35S-Px-GUS)、35S(p BI121-35S-GUS)通过农杆菌介导转化到烟草叶盘中,分别培养出6个载体的13-85株转化苗,PCR测试表明经过卡那霉素选择培养出的转化苗,目标片段Px、aii A、GUS等都已整合到烟草的基因组中。其次,针对以上所获取12-15株Z4、Z5、35S转化苗开展了植株GUS酶活性的检测、GUS基因的转录及蛋白表达等分析,在确认启动子Px、35S-Px能引导GUS基因正常表达的基础上,进一步对启动子Px、35S-Px在植物器官的表达特点、表达位置、35S-Px的增强表达等进行了分析。结果表明:启动子Px、35S-Px能引导GUS在叶片及维管组织中表达,但维管组织中的表达显著高于叶片,其活性主要集中在木质部、韧皮部;35S-Px双启动子转化苗比单启动子Px转化苗显著地增强了GUS基因的转录表达及GUS酶活性。在确定启动子Px、35S-Px为维管束特异表达的基础上,针对所获取20-42株Z1、Z2、Z3 Aii A酶转化苗,开展了Aii A酶活性、aii A基因转录及Aii A蛋白杂交等分析,从每类转化苗中各筛选出3个Aii A酶表达活性较高的株系,利用所分离鉴定的胡萝卜软腐果胶杆菌Pectobacterium carotovorum E81开展了离体叶片的维管束接种,结果表明aii A基因在启动子Px、35S-Px的指导下能在维管组织中正常表达,单启动子Z1、双启动子Z2转化苗的Aii A酶活比35S启动子转化苗分别低110、45倍,但Z1、Z2转化苗显著地降低了4-5级病害的发病率,显著抑制了病斑的扩展;Z1株系的抗性表现略强于Z3株系,Z2株系的抗性显著强于Z3株系,初步体现出维管束启动子比35S启动子能更高效地发挥Aii A酶对维管束侵染的抗病优势;但同时也发现Aii A240B1酶活性对环境条件很敏感,存在基因转录后的剪切等现象,其表达的稳定性仍有待优化。最终结论是:启动子Px、35S-Px为维管束集中表达的特异启动子,在启动子Px前串联35S启动子,能显著增强了启动子Px的活性,同时也能实现维管束的定位表达;使用维管束定位表达启动子连接抗病Aii A酶基因,能增强烟草对维管束病菌侵染的抗性而且节省能量,初步表现出利用维管束定位启动子来驱动Aii A酶基因的表达对控制依赖AHLs的维管束病菌防治具有较大的潜力。
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