小麥抗白粉病品系L693受病原菌誘導的基因差異表達及生理效應研究.pdf

1、小麥（Triticuma aestivum L.）富含蛋白質、各種礦物質、脂肪和淀粉，是我國種植的重要糧食作物。小麥白粉病是由小麥白粉菌（Blumeria graminis f.sp.Tritici）引起的真菌氣傳性病害，主要危害葉片，嚴重時可危害葉鞘、莖稈、穗部麥芒等，是影響小麥產量及質量的重要葉部病害之一。在20世紀80年代后，由于水肥條件不斷的改善、感病品種的大量種植、播種密度的加大以及病菌本身的不斷變異等，導致了小麥白粉病發(fā)病范

2、圍呈擴大化趨勢，逐漸從西南和東南沿海麥區(qū)蔓延至全國幾乎所有麥區(qū)，甚至在許多地區(qū)白粉病已經代替其他小麥病害從次要病害上升為主要病害。
　　自1930年Waterhouse在小麥品種Thew中發(fā)現(xiàn)小麥抗白粉病基因以來，各國科學家對小麥白粉病抗性基因的遺傳特點及染色定位進行了廣泛的研究。目前為止，在小麥種內及其近源種屬內發(fā)現(xiàn)了64個小麥抗白粉病主效基因，編號從Pm1到Pm47，覆蓋在40多個位點上。
　　Pm40是從GRY19發(fā)現(xiàn)

3、并命名的抗白粉病基因，位于小麥7B染色體短臂上。Pm40對多種小麥白粉菌生理小種都表現(xiàn)為免疫，在河南和四川表現(xiàn)為高抗白粉病。
　　為了闡明Pm40基因的抗病機制，尤其是在白粉菌侵染后的基因表達情況和生理效應。本文以抗白粉病品系L693(含Pm40)和感白粉病品系L1095（不含Pm40）為實驗材料研究了在白粉菌侵染小麥初期(0h、24h、48h、72h)，通過光合作用相關參數(shù)測定、抗氧化酶系統(tǒng)酶活測定、SSH技術綜合分析了小麥抗白

4、粉病基因Pm40的抗病機制，從而為下一步克隆該抗性基因提供重要依據(jù)。現(xiàn)結果如下:
　　1通過綜合分析L693和L1095的光合熒光數(shù)據(jù)。結果發(fā)現(xiàn)在白粉菌侵染初期，由于L1095不含Pm40基因，只有通過調節(jié)氣孔開合以抵御病原菌入侵;而L693由于含有抗性基因，在0-24小時之間抗性基因得到激活，24-48小時植株關閉部分PSⅡ系統(tǒng)以保護PSⅡ反應中心免受病原菌侵入傷害，在72小時后植株重新優(yōu)化PSⅡ系統(tǒng)，恢復較高光合能力，宿主抗性

5、得到完全發(fā)揮。
　　2通過分析白粉菌侵染后的抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、脯氨酸含量的變化。結果發(fā)現(xiàn)在48h內L693有較低的抗氧化酶活性，在48h后L693的抗氧化酶活性顯著升高。有研究表明低濃度的活性可以作為信號分子，因此本研究認為L693在48h內以H2O2作為信號分子激發(fā)了抗性基因表達，在48h后隨著抗性水平的升高，宿主抗性建立。
　　3本研究提取了24、48、72h兩個材料的等量混合RNA構建了正、反

6、向SSH-cDNA文庫。正向SSH-cDNA文庫以L693為tester，L1095為driver。反向SSH-cDNA文庫以L1095為tester，L693為driver。結果發(fā)現(xiàn)L693表達的基因，48.3％參與了碳代謝過程;15.5％參與了光合作用途徑;5.2％參與了氮代謝途徑;1.7％參與了運輸代謝過程;剩下27.6％的表達基因的功能仍然不明確。L1095表達的基因，23.1％、19.2％、3.8％、3.8％的基因分別參與到了

7、光合代謝、細胞壁代謝、氮代謝和碳代謝途徑;超過50％的基因的功能尚不明確。與此同時，通過電子定位，本研究發(fā)現(xiàn)位于一個位于小麥7B染色體上的EST，其Genbank編號為JZ532636。通過序列比對發(fā)現(xiàn)這個EST序列與編碼3-酮脂酰輔酶A合酶(3-ketoacyl-CoA synthase6)的基因有高度的同源性(E=0，Identity=92.9％)。在擬南芥中，KCS1基因編碼3-酮脂酰輔酶A合酶的合成，該合酶參與脂肪酸鏈的延長，并

8、且和蠟質的合成有關，該酶是一個跨膜蛋白。而有研究報道長鏈脂肪鏈參與了植物-病原菌互作過程中的信號轉導，推測該基因可能參與了白粉菌侵染后的抗病信號轉導;加上該基因定位于7BS染色體上，因此編號該酮脂酰輔酶A合酶的基因可能是Pm40的一個候選基因。
　　綜合來說，本研究從基因表達、生物化學以及生理學的角度闡明了Pm40對白粉菌侵染的抗性機制:當病原體入侵時氧化裂解釋放的活性氧作為信號分子來激發(fā)相關抗性基因表達;之后基因通過關閉部分PS