以番茄为模式研究植物对昆虫抗性反应的分子基础

论文摘要

高等植物在长期的进化过程中形成了复杂而精细的抗性反应机制以抵抗昆虫的侵害。深入认识植物对昆虫抗性的分子机理将会为利用植物自身的抗性建立环境友好的控制农业害虫的策略提供理论依据。本实验室以番茄为模式系统,建立了用正向遗传学方法研究植物对昆虫抗性机理的研究体系。前期工作证明植物激素茉莉酸作为一种可以长距离运动的信号分子在植物对昆虫侵害的系统性抗性中起核心调控作用。在此基础上,本研究对以往的遗传筛选体系进行了改进,使之适合从全基因组范围内大规模鉴定番茄抗性缺失突变体。本研究中的spr6是新获得的番茄抗性缺失突变体,机械受伤和外施系统素不能诱导蛋白酶抑制剂II（PI-II）的表达,但茉莉酸能够以剂量依赖的方式诱导PI-II的表达。对spr6中JA含量测定表明,突变并没有影响JA的基础含量,但是部分破坏了受伤诱导的JA的积累。遗传学研究证明,该抗性缺失性状是由单隐性基因控制。利用图位克隆技术将相应基因Spr6定位在第5号染色体IL5-3相应区段,通过候选基因法策略证明Spr6基因是LeCOI1基因单碱基突变形成的一个等位基因。spr6突变体育性正常并对JA的反应具有剂量效应,为研究茉莉酸信号传导提供了一个非常有价值的工具。本研究中Spr6基因的快速分离证明了基于遗传连锁分析的候选基因法策略的成功,而且随着更多的系统素/茉莉酸信号途径相关基因/突变位点在番茄遗传连锁图上被定位,这方面的优势会更加明显。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 前言
• 1.1 立项依据
• 1.2 植物伤害信号途径
• 1.2.1 伤害信号的种类
• 1.2.2 伤害反应中的植物激素
• 1.2.3 伤害诱导的细胞内变化
• 1.2.4 伤害诱导的防御基因
• 1.2.5 伤害诱导信号传导模式
• 1.3 番茄中的系统抗性反应信号途径
• 1.3.1 系统素信号传导途径
• 1.3.2 茉莉酸（JAs）信号途径
• 1.3.3 系统素和茉莉酸在植物系统抗性反应中的相互作用
• 1.4 茉莉酸信号途径与其他信号途径的交叉（Cross-talk）
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 植物材料和生长条件
• 2.1.2 试剂和设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验室常规操作
• 2.2.2 DNA 提取与 Southern 杂交
• 2.2.3 RNA 提取与Northern 杂交
• 2.2.4 RT-PCR
• 2.2.5 番茄蛋白酶抑制剂抗体制备
• 2.2.6 番茄中 JA 含量测定
• 2.2.7 番茄抗性缺失突变体的筛选
• 2.2.8 番茄材料的处理
• 2.2.9 番茄系统素/茉莉酸信号途径相关基因的染色体片段定位
• 2.2.10 spr6 纯合突变体的分离和遗传分析
• 2.2.11 spr6 的等位性鉴定
• 2.2.12 Spr6 的基因遗传作图
• 2.2.13 Spr6 的基因序列分析
• 3 结果与分析
• 3.1 番茄抗性缺失突变体筛选体系的改进
• 3.2 番茄抗性缺失突变体sp16 的获得
• 3.3 spr6 的特征特性分析
• 3.3.1 spr6 对机械受伤的反应
• 3.3.2 spr6 的遗传学分析
• 3.3.3 spr6 对外施系统素和茉莉酸的反应
• 3.3.4 spr6 的等位性鉴定
• 3.3.5 spr6 中的茉莉酸含量的测定
• 3.4 Spr6 基因的遗传定位
• 3.4.1 Spr6 基因的染色体初步定位
• 3.4.2 Spr6 和LeCOI1共定位于IL5-3
• 3.4.3 与番茄受伤反应途径相关基因（遗传位点）的染色体定位
• 3.5 Spr6 与 Jail-1（LeCOI1）是一对等位基因
• 3.5.1 Spr6 候选基因的确定
• 3.5.2 spr6 突变体是 LeCOI1 单碱基突变所致
• 3.6 spr6 对外施 JA 的反应具有剂量效应
• 4 讨论
• 4.1 茉莉酸介导的植物对昆虫抗性反应途径中的新组分的鉴定
• 4.2 spr6 的表型是由 LeCOI1 基因的突变造成
• 4.3 候选基因法策略便于快速鉴定突变体的基因功能
• 5 结论
• 6 参考文献
• 7 致谢
• 8 攻读学位期间发表论文情况