印度梨形孢通过调控PAL和POD增强非洲菊根腐病抗性

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非洲菊(Gerbera jamesonii Bolus)又名扶郎花,为菊科大丁草属多年生宿根草本花卉,原产非洲南部,属世界五大鲜切花之一。随着种植面积的扩大,病虫害也越来越严重,其中根腐病为主要病害之一,其发生面积广、危害程度大,严重影响了非洲菊质量和产量,造成较大的经济损失,因此防治根腐病的发生成为了生产上亟待解决的问题之一。福建是我国重要的非洲菊产区,近年来福建省根腐病危害严重,已成为影响该省非洲菊产业健康发展的重要瓶颈。PAL是苯丙烷类代谢途径的关键酶和限速酶,在植物生长发育和抗逆防御反应过程中发挥着重要作用,常被用作衡量植物抗逆性强弱的重要指标。POD是一类普遍存在于动植物和微生物中的氧化酶,在促进植物生长发育、提高植物抗病性等方面发挥重要作用。印度梨形孢是一种类菌根真菌,其在促进植物生长及提高植物抗逆性方面的作用已在多个物种中得到证实,实验室前期研究发现印度梨形孢的定殖能够促进多次继代的非洲菊生根且能够提高‘水粉’非洲菊根腐病抗性。本文通过比较有/无印度梨形孢定殖对‘玲珑’非洲菊组培苗和移栽苗生长及抗根腐病能力的影响,同时通过研究抗氧化酶活性、PAL和POD基因的表达情况探究其提高非洲菊根腐病抗性的可能机制。具体结果如下:1.以‘玲珑’非洲菊为材料,研究了印度梨形孢定殖对组培苗株高、叶数、根长、根数和移栽成活率及移栽苗的地上、地下部分重量、长度和叶数的影响。结果显示,印度梨形孢可以促进非洲菊组培苗的生长和提高移栽成活率,可以极显著促进移栽苗地下部分的生长,说明印度梨形孢可以促进非洲菊生长。2.研究了有/无印度梨形孢定殖的非洲菊植株在接种隐地疫霉后的症状差异。发现:有印度梨形孢定殖的组培苗病原菌生长比对照组晚了 3天,10d时,对照植物死亡,而有印度梨形孢定殖的组培苗叶片发黄但直立性很好。移栽苗处理2d时对照组叶片开始出现萎蔫,6d时植物枯萎,而有印度梨形孢定殖的非洲菊生长良好,说明印度梨形孢可以提高非洲菊植株根腐病抗性。3.研究了有/无印度梨形孢定殖的非洲菊接种隐地疫霉后根系抗氧化酶活性变化情况。发现:有印度梨形孢定殖的非洲菊PAL等抗氧化酶活性高于对照组。印度梨形孢和隐地疫霉均能诱导PAL和POD活性的增加,但印度梨形孢对POD活性的诱导水平略低于隐地疫霉。平板对峙实验结果显示印度梨形孢对隐地疫霉没有直接的拮抗作用,表明印度梨形孢通过提高非洲菊的PAL等抗氧化酶活性来提高其抗根腐病能力。4.克隆获得了 4个非洲菊PAL基因,利用实时定量PCR技术研究了它们在不同逆境胁迫下的表达情况。结果显示GjPAL3受多种逆境胁迫诱导,而GjPAL2的表达受到了广泛的抑制,且并未和其它3个基因聚类在一起,说明GjPAL2与其他3个基因功能差异较大。GjPAL1和GjPAL4的表达模式最为相似。此外,GjPAL1、GjPAL3和GjPAL4的表达受隐地疫霉诱导显著,且与PAL活性呈一定的正相关,推测其在非洲菊根腐病应答过程中发挥着重要的作用。5.克隆获得了 4个非洲菊POD基因,利用实时定量PCR技术研究了它们在不同逆境胁迫下的表达情况。结果显示各种处理均显著或极显著影响这些基因的表达及POD活性,但GjPOD4与其它3个GjPOD基因的表达趋势存在一定的差异。相关性分析结果显示:在不同器官中,GjPOD42的表达与POD酶活性呈显著正相关(P<0.05)。值得注意的是:在隐地疫霉处理下,4个POD基因表达均极显著上调且与POD活性呈正相关。研究结果表明这4个POD基因在非洲菊抗逆防御过程,尤其是在响应隐地疫霉侵染过程中发挥着重要作用,但GjPOD4与其它3个GjPOD存在一定的功能差异。6.通过研究有/无印度梨形孢定殖的非洲菊在隐地疫霉侵染0 d、2d、4d和6 d的PAL和POD基因的表达情况,发现PAL和POD基因的表达受到病原菌不同程度的诱导,且在有/无印度梨形孢定殖的非洲菊中表达差异显著,推测印度梨形孢通过调控PAL和POD基因的表达进而增强非洲菊根腐病抗性。
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