收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

小麦光腥黑粉菌对小麦花药发育的影响

陈德来  
【摘要】:小麦光腥黑粉菌(Tilletia laevis Kühn)引起的小麦光腥黑穗病(common bunt)在春小麦和冬小麦上都有发生,遍布世界的小麦种植区。目前,对于小麦光腥黑粉菌侵染对小麦花器发育的影响尚未完全清楚。本研究以小麦光腥黑粉菌及其高感小麦品种“东选3号”为供试材料,优化了小麦光腥黑粉菌的人工培养条件,并利用超高效液相色谱质谱联用技术定性定量分析了小麦光腥黑粉菌5个发育时期胞外代谢物及其对菌丝发育的影响。利用显微技术对健康植株和病株各发育时期的营养器官及花药、绒毡层和花粉进行了形态和细胞学观察,并采用转录组测序技术分析了小麦光腥黑粉菌侵染小麦花药7个发育时期淀粉和蔗糖代谢通路,并挖掘获得了参与淀粉和蔗糖代谢通路关键基因种类及表达特性。取得主要结果如下:1.试验通过不同培养基和培养条件的筛选与优化小麦光腥黑粉菌冬孢子萌发的培养条件,发现以土壤浸出液为最佳培养基,温度16℃、p H 7.0、转速150 rpm和接种量1.2×10~5个孢子/ml作为其最佳培养条件。优化后小麦光腥黑粉菌冬孢子的萌发率提高10%,对小麦植株侵染率提高5%。2.采用超高效液相色谱质谱联用技术,在小麦光腥黑粉菌冬孢子、先菌丝、初生担孢子、H体和次生担孢子等5个发育时期共检测出743种代谢产物,显著差异代谢物101种,主要集中在有机酸及其衍生物,有机杂环化合物,脂类和类脂分子等8类。KEGG代谢通路分析表明,差异代谢物显著富集于蛋白质消化吸收、氨基酸的生物合成、癌症的中心碳代谢等15条代谢途径;冬孢子活化过程共有差异代谢物285种,富集在蛋白质消化吸收等4条代谢途径;先菌丝时期共有差异代谢物112种,富集在氨基酸的生物合成等4条代谢途径;初生担孢子时期有差异代谢物77种,富集在苯丙烷代谢等代谢途径;H体时期有差异代谢物40种,富集在亚油酸新陈代谢等7条代谢途径;次生担孢子时期有差异代谢物84种,富集在肠道免疫网络的Ig A生产和癌症中的胆碱代谢途径,此时期产生的青霉素含量增加了232.08倍。青霉素可诱导植物产生赤霉素,进而影响花药的发育,推测青霉素为小麦光腥黑粉菌的主要致病代谢物。3.根据小麦花药细胞在发育过程中的变化特征,建立花药发育时间轴,划分为减数分裂前时期、减数分裂时期、四分体时期、早期小孢子时期、晚期小孢子时期、二核花粉时期和三核花粉时期等7个时期,并发现小麦光腥黑粉菌经花丝侵入花药后依次侵染药壁细胞和生殖细胞。侵染引起小麦花药表皮细胞、药室内壁细胞和花粉母细胞的数量减少,中间层细胞和绒毡层细胞数量增多;表皮细胞、药室内壁细胞和中间层细胞的细胞体积增大,花粉母细胞体积减小且变形;侵染引起中间层细胞和绒毡层细胞解体延迟、花粉母细胞不均等分裂、四分体胼胝质降解延迟、大多数晚期小孢子不能发育为二核花粉、花粉内淀粉积累减少、花药内的活性氧在晚期小孢子大量累积、防御系统的SOD、CAT和POD活性显著上升。4.基于转录组学对小麦光腥黑粉菌侵染后花药7个发育时期测序分析,共获得495.08 Gb的高质量Clean Data,筛选获得27164个差异表达基因,其中10649个上调,16515个下调表达基因。病原菌侵染花药发育的减数分裂前时期有3553个基因上调表达,2083个基因下调表达;减数分裂时期有930个基因上调,4070个基因下调;四分体时期有186个基因上调,1056个下调;早期小孢子时期有960个基因上调,1811个基因下调;晚期小孢子时期有2267个基因上调,2627个基因下调;二核花粉时期有1129个基因上调,2286个基因下调;三核花粉时期有1624个基因上调;2582个基因下调。从上调和下调的基因分布看出,随着侵染花药发育时间的延长,下调表达的基因比上调表达的基因明显增多。差异基因的KEGG通路分析发现差异基因富集到内质网中的蛋白质加工、淀粉蔗糖代谢、植物与病原菌互作、苯丙烷生物合成和植物激素信号传导通路,且挖掘获得两个关键基因,调控淀粉合成的2-GBSS I和蔗糖转运的Ta SUT1A。同时,基于生理指标、组织化学分析及基因定量表达的结果表明,侵染花药出现了淀粉、蔗糖含量下降、花药细胞壁转化酶和液泡转化酶活性下降的现象。以上结果说明小麦光腥黑粉菌侵染花药败育的关键时期为晚期小孢子,绒毡层细胞程序性死亡延迟是花粉败育的主要原因;淀粉合成及蔗糖转运的基因表达下调,花药发育早期绒毡层和小孢子的蔗糖运输受到干扰,淀粉合成受阻,小孢子营养供给不足,最终导致花粉败育。小麦光腥黑粉菌侵染花药育败机制与糖运输受阻密切相关。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王长海,蓝海燕,陈友强,王兆木,陈正华;利用植物绒毡层及花药发育特异基因创造雄性不育[J];西北农业学报;1999年02期
2 吴秀芹;罗金燕;范思键;陈磊;李斌;;小麦光腥黑粉菌的鉴别及其检测技术的研究进展[J];植物检疫;2018年03期
3 ;教育微博圈[J];教育;2017年01期
4 成艳丽;;太岳山连翘的人工培养[J];花卉;2017年16期
5 苏振宏;王芳;尹美珍;;发状念珠藻的分离纯化及人工培养条件研究[J];黄石理工学院学报;2011年04期
6 张云波;虫草人工培养极难[J];现代农业;2000年06期
7 高彦仪;;发菜人工培养的基本思路与研究进展[J];甘肃农业科技;1996年12期
8 王志迁;人工培养饲料[J];内陆水产;1994年07期
9 赵峥,张大凯,谭红,澎金火,毛志农;小麦光腥黑粉菌热力杀菌的研究[J];植物检疫;1999年03期
10 林谋信;;侧耳人工培养初报[J];中草药;1981年05期
11 梅康妮;;野生酵母发酵的利与弊[J];葡萄酒;2020年09期
12 梁文裕;孙兰芳;王俊;;发菜人工培养的研究进展[J];农业科学研究;2007年01期
13 孙小卫,沈业寿;野生和人工培养的蜜环菌菌索营养成分比较[J];生物学杂志;2004年02期
14 陈金佳;人工培养糠虾技术[J];科学养鱼;2003年07期
15 陈伟程,段韶芬;玉米C型胞质雄性不育系花药发育的细胞学观察[J];作物学报;1988年03期
16 沈亚琦;项圆圆;刘家林;王联红;张秋云;贺浩华;胡丽芳;;植物激素调控水稻花药发育的研究进展[J];江西农业学报;2020年10期
17 蔡建秀;徐丽芳;黄卿瑜;;桦褐孔菌人工培养菌丝营养成分分析[J];食品工业;2012年10期
18 石少军;;蝎子饲料的人工培养和诱捕(上)[J];乡村科技;2011年05期
19 谢明信;;肚倍蚜越夏人工培养初报[J];湖北林业科技;1990年01期
20 李德河,连咏朋,黄起鹏,方定坚,陈卫东;人工培养巴西虫草中氨基酸的含量[J];中国中药杂志;1991年04期
中国重要会议论文全文数据库 前19条
1 李丹丹;玄元虎;陈万权;刘博;刘太国;高利;;小麦光腥黑粉菌最优培养条件筛选[A];中国植物保护学会2019年学术年会论文集[C];2019年
2 秦丹丹;陈万权;刘博;刘太国;高利;;小麦光腥黑粉菌对小麦侵染发病率的研究[A];中国植物保护学会2019年学术年会论文集[C];2019年
3 刘俭俭;张建民;陈万权;刘太国;刘博;高利;;小麦光腥黑粉菌侵染小麦子房的激光共聚焦显微观察方法[A];中国植物保护学会2019年学术年会论文集[C];2019年
4 杨仲南;;细胞和分子水平的拟南芥绒毡层发育[A];第九届全国植物结构与生殖生物学学术研讨会论文摘要集[C];2010年
5 葛丽丽;田惠桥;;烟草花药发育过程中钙的动态分布[A];中国细胞生物学学会医学细胞生物学学术大会论文集[C];2006年
6 胡广玉;胡菽英;;蝉花及其人工培养药理作用初探[A];中国虫生真菌研究与应用[C];1991年
7 施阳阳;蒲彬;刘燕林;尤丽梅;叶瑞兴;左少纯;吴丽莉;;蛹虫草人工培养的营养基质配方的优化试验[A];全国蚕桑资源多元化利用学术研讨会论文集[C];2014年
8 谢潮添;田惠桥;;白菜花药发育过程中钙离子的功能[A];中国细胞生物学学会2005年学术大会、青年学术研讨会论文摘要集[C];2005年
9 胡丰林;张万存;陆瑞利;彭凡;;野生和人工培养蝉花及蝉棒束孢菌丝代谢组比较研究[A];中国菌物学会第七届全国会员代表大会暨2017年学术年会摘要集[C];2017年
10 杨仲南;;拟南芥绒毡层发育和功能基因调控网络[A];植物分子生物学与现代农业——全国植物生物学研讨会论文摘要集[C];2010年
11 韦振明;何德硕;张秀文;;蛹虫草研究与开发[A];全国蚕业资源综合利用会议论文集[C];2000年
12 高界;傅廷栋;ZOU Ji-tao;沈金雄;;BnMAGL8在拟南芥的异位表达延迟绒毡层的降解导致花粉败育[A];中国作物学会油料作物专业委员会第八次会员代表大会暨学术年会综述与摘要集[C];2018年
13 汪月;张卫东;高庆荣;汪永振;;小麦K型胞质雄性不育系小孢子发育初期的电镜观察和itraq蛋白质组学分析[A];2017年中国作物学会学术年会摘要集[C];2017年
14 胡丰林;黄勃;李春如;李增智;;台湾虫草(Cordyceps formosana)子实体、虫体和人工培养菌丝体中细胞毒成分比较与鉴定研究[A];2010年中国菌物学会学术年会论文摘要集[C];2010年
15 杨仲南;;花粉壁形成分子机理[A];中国植物生理学会第十次会员代表大会暨全国学术年会论文摘要汇编[C];2009年
16 李迅东;卓侃;廖金铃;;中国伞滑刃线虫的调查及人工培养[A];中国植物病理学会2005年学术年会暨植物病理学报创刊50周年纪念会论文摘要集[C];2005年
17 吴钿;叶春海;丰锋;;菠萝蜜花药发育及花粉萌发研究[A];科技与创新——广东园艺科技论文集(广东省园艺学会第九次会员大会暨学术研讨会论文集)[C];2010年
18 李迅东;卓侃;廖金铃;;中国伞滑刃线虫的调查及人工培养[A];中国植物病理学会2005年学术年会暨植物病理学报创刊50周年纪念会论文集[C];2005年
19 石其龙;李晖;余沛涛;杨仲南;;一个控制拟南芥花粉粒形成基因的初步功能分析[A];2007中国植物生理学会全国学术会议论文摘要汇编[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 陈德来;小麦光腥黑粉菌对小麦花药发育的影响[D];甘肃农业大学;2021年
2 宋瑜龙;SQ-1诱导的小麦雄性不育花药物质代谢及miRNA研究和不育相关基因F8-1的功能分析[D];西北农林科技大学;2015年
3 马原;甘蓝显性核不育基因Ms-cd1的克隆与绒毡层特异表达基因的鉴定[D];武汉大学;2014年
4 李丹丹;拟南芥绒毡层和中层的基因调控网络[D];上海师范大学;2017年
5 宋莉萍;半胱氨酸蛋白酶参与油菜绒毡层发育的分子调控机制[D];华中农业大学;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 杨淑娟;宁夏枸杞花药发育过程中钙的分布特征[D];厦门大学;2007年
2 戴魁玫;β'-cop调控水稻花药发育的功能研究[D];华南农业大学;2017年
3 陈琳;拟南芥SPT16基因影响花药发育模式形态建成[D];上海师范大学;2018年
4 汪月;小麦K型胞质雄性不育花药差异蛋白质组学的研究[D];山东农业大学;2018年
5 于世霞;烟草和番茄中活性氧介导的绒毡层程序性细胞死亡影响花粉的发育[D];山东农业大学;2017年
6 刘欢欢;五爪金龙花药发育过程中钙、多糖和脂类的分布[D];厦门大学;2009年
7 包秋娟;干旱胁迫下棉花转录组分析[D];新疆大学;2018年
8 张国强;基于基因芯片数据初步分析绒毡层转录调控通路[D];上海师范大学;2010年
9 许红梅;荒漠齿肋赤藓人工培养条件优化及影响因素的研究[D];新疆师范大学;2016年
10 徐君;人工培养北虫草质量控制关键技术与质量评价体系研究[D];山东中医药大学;2009年
11 王晨;AtMYB103在拟南芥花药发育过程中分子调控机理的研究[D];上海师范大学;2009年
12 刘芳;北虫草的人工培养条件及有效成分研究[D];牡丹江师范学院;2016年
13 王蕾;人工培养蛹虫草多糖成分的研究[D];沈阳药科大学;2002年
14 张唯;油松胚珠绒毡层发生的解剖学特征及其对雌配子体发育影响的初探[D];北京林业大学;2015年
15 范玉佳;冬虫夏草的人工培养及其成分分析和降糖作用的研究[D];广西工学院;2010年
16 刘丹;小麦光腥黑粉菌(Tilletia foetida)AFLP分析及其种的特异性SCAR标记的发掘[D];四川农业大学;2005年
17 仝盼盼;倒地铃花的性别分化和花药发育的研究[D];西北大学;2016年
18 禚同友;桦褐孔菌的成分分析及降血糖活性的研究[D];延边大学;2007年
19 陈小军;云南紫稻细胞质雄性不育系花药发育过程中钙离子的分布[D];武汉大学;2004年
20 陈征;小麦雄性不育体系及其保持系花药发育过程中细胞程序性死亡的研究[D];西北农林科技大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 曲闻;皮肤人工培养术大有可为[N];中国医药报;2001年
2 记者 张梦然;功能正常的小鼠卵细胞可人工培养[N];科技日报;2016年
3 ;美日人工培养胰岛获得成功[N];大众卫生报;2000年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978