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《天津师范大学》 2012年
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利用表达分析和基因沉默方法研究防卫反应基因与小麦抗白粉病反应的关系

贺洋  
【摘要】:小麦白粉病是由禾本科布氏白粉菌小麦专化型(Blumeria graminis f.sp. Tritici, Bgt)引起的小麦真菌性病害,在全世界范围内广泛流行,严重影响小麦产量。实践证明,通过改善栽培的方法和使用农药来控制病害都不是最有效和环境友好的方法。只有经传统育种或分子育种方法修饰或改良遗传物质、引入抗性基因才是应对小麦白粉病病害的根本所在,而这又有赖于对植物与病原体互作分子机制的深入理解,对抗病过程涉及信号通路、基因网络的准确把握,以及重要基因的克隆和功能分析。本研究从小麦重要防卫反应基因中选择1个硫代硫酸硫转移酶基因TaTST,2个几丁质酶基因TaCht2和TaCht4和2个p-1,3-葡聚糖苷酶基因TaGlb3s2和TaGlb3s6,对它们在小麦抗白粉病反应中的重要作用进行了深入分析。 1硫代硫酸硫转移酶基因TaTST与小麦抗白粉病反应的关系研究 硫代硫酸硫转移酶参与植物体内的硫代谢、氰化物的清除以及活性氧的生成与清除,与植物抗病反应密切相关。小麦抗、感白粉病近等基因系材料在接种白粉菌后均诱导表达硫代硫酸硫转移酶基因TaTST,并在接种后0-48h内呈现2次诱导峰值,分别与白粉菌初次接触识别、附着胞侵入和吸器形成时间相对应,也与2次氧突发时间对应。TaTST在感病材料上的诱导表达水平明显高于在抗病材料上,由此导致的活性氧过度清除可能是导致感病反应的原因之一。TaTST也参与抗病反应过程。利用病毒诱导的基因沉默技术(virus-induced gene silencing, VIGS)创造了TaTST基因沉默的抗病植株。尽管充分发病时间后沉默植株叶片上并未观察到肉眼可见的病斑,但侵染早期白粉菌成功侵入频率的增加和次级菌丝的有限伸长说明TaTST沉默植株抗病水平下降。TaTST沉默导致乳突致密度下降和H202在细胞内的扩散时间延迟。因此,TaTST可能通过调节活性氧的积累和扩散、乳突的形成等小麦-白粉菌互作早期的寄主细胞反应而参与小麦对白粉菌的抗侵入过程。 2编码重要病程相关蛋白的几丁质酶基因和p-1,3-葡聚糖苷酶基因与小麦抗白粉病反应的关系研究 几丁质酶和p-1,3-葡聚糖苷酶两种病程相关蛋白在植物抗真菌病害方面发挥了重要作用。其作用机制可能是直接作用于真菌的细胞壁成分几丁质和葡聚糖,降解产物寡聚糖也可能作为激发子诱导植物细胞产生进一步的防卫反应。本研究选取2个小麦几丁质酶基因TaCht2、 TaCht4和2个p-1,3-葡聚糖苷酶基因TaGlb3s2、TaGlb3s6,利用表达和基因沉默分析方法对他们在小麦抗白粉病反应中的功能进行了深入研究。我们发现,小麦抗、感白粉病近等基因系材料在接种白粉菌后均诱导表达TaCht2、TaCht4和TaGlb3s2基因,并在接种后0-48h内呈现2次诱导峰值。但3个基因的诱导表达模式及在抗、感材料上的表现均有所不同。利用病毒诱导的基因沉默技术在抗病材料上创造了目标基因的沉默,定量PCR和酶活性测定均证明目标基因表达量都有不同程度的明显下降。人工接种小麦白粉菌48h后观察发现,目标基因沉默的抗病材料植株上的白粉菌孢子侵入频率显著提高,表明基因沉默在一定程度上降低了沉默植株的抗病水平。TaCht4基因沉默对白粉菌侵入频率的增加贡献最为明显,侵入频率最高可达68.9%,这也与该基因较高的沉默效果相一致。四个基因中,TaGlb3s2基因沉默对白粉菌侵入频率的影响最为稳定。
【学位授予单位】:天津师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S435.121.4

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