茉莉酸、乙烯和水杨酸分子通路在小麦品种望水白赤霉病抗性中的作用研究

论文摘要

小麦对赤霉病的抗性是一个十分复杂的过程,涉及到许多基因的表达和调控。基因表达谱用于研究生物学过程中的mRNA表达情况,对于理解复杂生命现象尤其重要。突变体是功能基因组学研究的重要材料,望水白是最重要的小麦种内赤霉病抗源之一,本研究以望水白和望水白感赤霉病突变体NAUH117为研究对象,在基因芯片和RNA-seq及数字基因表达谱的基础上,从整个转录组的水平分析望水白抗赤霉病的分子基础,并且进一步用Q-PCR的方法验证基因芯片和数字基因表达谱的结果,结合外源喷施激素试验研究三个激素通路在望水白赤霉病抗性中的作用。根据基因芯片和数字表达谱数据,发现水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）和乙烯（ET）通路的一些关键基因在望水白和突变体中表现差异表达。JA合成通路基因包括AOS、AOC、12-OPR和LOX,JA信号传导途径基因包括C0I1、JAZ、MYC2、WRKY25和WRKY29。JA合成通路中部分基因的表达特征在望水白和突变体中相似,都受赤霉菌诱导上调表达；而JA信号传导途径中两个关键基因COI1和JAZ只在望水白中受诱导上调表达,在突变体中不发生表达变化甚至下调表达,表明NAUH117中的JA信号传递过程不受赤霉菌诱导激活；对感病突变体NAUH117的穗部组织喷施外源JA激素诱导处理后接种赤霉菌发现,其抗病水平有显著提高,几乎达到望水白抗性水平。推测JA通路的受阻导致突变体的抗病性降低,表明JA通路在望水白抗赤霉病中发挥重要作用。前期研究已知,NAUH117中位于3BS上的望水白主效抗赤霉病病位点Fhb1发生缺失,因此推测JA信号传导过程受Fhbl调控。ET合成通路基因包括SAM、 ACS和ACO在望水白和突变体中都受菌诱导上调表达；ET信号传导途径基因包括EIN2、EIL、ERF和ChiB只在突变体中上调表达；外施ET能够显著提高望水白的抗性,但是不能提高NAUH117抗性,反而降低了其抗性；这些结果表明ET可能不参与确b1介导的赤霉病抗性反应。SA合成通路基因PAL受赤霉菌诱导后在望水白中上调表达,在突变体中变化相对不明显；而SA信号传导途径基因PR-1受赤霉菌诱导后在突变体中上调表达明显,而在望水白中变化不明显；外施SA激素对望水白赤霉病抗性无明显影响,却能显著提高NAUH117的抗性,但不能达到望水白的抗性水平。表明SA参与了望水白抗赤霉病过程,且受Fhb1的调控。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 小麦赤霉病研究进展
• 1.1 小麦赤霉病的症状及危害
• 1.2 小麦赤霉菌
• 1.3 小麦赤霉病抗源筛选
• 1.4 小麦抗赤霉病基因定位
• 1.5 小麦赤霉病抗性机制
• 1.5.1 植物免疫系统
• 1.5.2 小麦形态结构与赤霉病抗性
• 1.5.3 PR蛋白与小麦赤霉病抗性
• 1.5.5 活性氧与小麦赤霉病抗性
• 1.5.6 苯丙烷代谢途径与小麦赤霉病抗性
• 1.5.7 植物激素与植物抗病性
• 1.5.7.1 茉莉酸代谢通路及其与抗病性的关系
• 1.5.7.2 乙烯代谢通路及其与抗病性的关系
• 1.5.7.3 水杨酸代谢通路及其与抗病性的关系
• 2 基因表达谱研究方法进展
• 2.1 实时荧光定量PCR
• 2.2 基因表达的系列分析（SAGE）
• 2.3 基因芯片
• 2.4 数字基因表达谱分析
• 3 本研究目的和意义
• 第二章 研究报告
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 赤霉菌菌株及赤霉菌分生孢子悬浮液制备
• 1.4 赤霉菌接种和取样
• 1.5 单花滴注法接种和病小穗率统计
• 1.6 总RNA的提取及cDNA合成
• 1.6.1 总RNA的提取
• 1.6.2 第一链cDNA的合成
• 1.6.3 第二链cDNA的合成
• 1.7 Affymetrix基因芯片杂交
• 1.8 转录组测序和生物信息学分析
• 1.9 数字基因表达谱测序和生物信息学分析
• 1.10 实时荧光定量RT-PCR
• 1.10.1 总RNA的提取
• 1.10.2 cDNA第一链的合成
• 1.10.3 反应体系与程序
• 1.10.4 引物设计
• 1.11 激素处理
• 1.12 生物信息学分析所用到的网址
• 1.13 主要仪器设备
• 2 结果与分析
• 2.1 JA通路与望水白赤霉病抗性的关系
• 2.1.1 利用Affymetrix基因芯片分析JA通路关键基因与望水白抗赤霉病的关系
• 2.1.2 利用数字基因表达谱分析JA通路关键基因与望水白抗赤霉病的关系
• 2.1.3 JA通路关键基因受赤霉菌诱导表达的Q-PCR验证
• 2.1.4 外施JA对抗感赤霉病材料赤霉病抗性的影响
• 2.2 ET通路与望水白赤霉病抗性的关系
• 2.2.1 利用Affymetrix基因芯片分析ET通路关键基因与望水白抗赤霉病的关系
• 2.2.2 利用数字基因表达谱分析ET通路关键基因与望水白抗赤霉病的关系
• 2.2.3 ET通路关键基因受赤霉菌诱导表达的Q-PCR验证
• 2.2.4 外施ET对抗感赤霉病材料赤霉病抗性的影响
• 2.3 SA通路与望水白赤霉病抗性的关系
• 2.3.1 利用Affymetrix基因芯片分析SA通路关键基因与望水白抗赤霉病的关系
• 2.3.2 利用数字基因表达谱分析SA通路关键基因与望水白抗赤霉病的关系
• 2.3.3 JA通路关键基因受赤霉菌诱导表达的Q-PCR验证
• 2.3.4 外施SA对抗感赤霉病材料赤霉病抗性的影响
• 3 讨论
• 全文结论
• 参考文献
• 致谢