香蕉枯萎病抗性基因克隆及与抗性相关的差异蛋白分析

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尖孢镰刀菌古巴专化型(Fusarium oxysporum Schlevht.F.sp.cubense,简称Foc4)引起的香蕉枯萎病是香蕉上的毁灭性病害,广泛分布于我国的香蕉种植区,造成香蕉严重减产,大面积蕉园已不能种植香蕉,已严重威胁香蕉产业的健康发展。尚无有效防治措施,最根本、最有效的措施就是选育优质、抗性强的优良新品种。然而,香蕉栽培品种均为三倍体,难于通过传统的杂交育种方法培育抗病品种。利用基因工程手段来培育香蕉新品种成为必要,狭窄的抗源基础及抗性机理的不明了,在很大程度上限制了抗枯萎病育种工作的进展。开展抗病基因克隆和抗性分子机理的研究,有利于香蕉抗枯萎病品种的选育工作。本研究采用抗病基因同源序列法(RGA法),结合RACE技术克隆香蕉枯萎病抗病基因,同时利用差异蛋白组学方法筛选抗感香蕉种质接种Foc4后差异表达的蛋白,研究结果如下:  (1)香蕉抗病基因同源序列(RGAs)的分离和相似性分析  以香蕉抗病品种GCTCV119为试验材料,根据GenBank中已经登录的植物抗病基因NBS区域的保守序列设计简并引物,以香蕉cDNA为模板进行RT-PCR扩增,获得4条含有NBS保守结构域的序列,并进行序列同源性比较和系统进化树分析,4条序列均为香蕉抗病基因同源序列,且为nonTIR-NBS-LRR类型。  (2)香蕉抗病基因克隆  利用RACE技术克隆其中一个基因,该基因命名为Mrgl,基因全长为4299 bp,编码一条长为1432个氨基酸的蛋白多肽。序列分析结果表明此蛋白含有抗病基因的特征保守序列(P-loop,Kinase-a,Kinase-3a,GLPL,RNBS-D)。对其进行跨膜结构预测,结果显示Mrgl基因编码的蛋白质含有多个高疏水性的区域。该抗病蛋白与已经克隆的香蕉枯萎病抗病蛋白RGC5相似性达70%。Southern杂交证实了Mrgl基因在香蕉基因组上为单拷贝存在。半定量RT-PCR表达分析表明,Mrgl基因在Foc4诱导下表现为上调表达的趋势。  (3)Foc4侵染后香蕉叶部表达蛋白的差示分析  本研究以抗感香蕉种质为材料,构建了Foc4侵染前后叶部蛋白的表达谱,通过比较侵染前后及抗感间蛋白表达水平的变化,得到了70个呈现2倍表达水平差异的蛋白质点,并对其进行了质谱鉴定分析获得了28个肽质量指纹图谱。获得的差异表达蛋白涉及到防御应答、转录、光合作用、氨基酸代谢、核苷酸代谢、信号转导及调控等多个生理生化过程。一些与代谢相关的蛋白表现出下调趋势,而一些与病原菌胁迫应答相关的蛋白,如葡聚糖酶蛋白在香蕉抗感种质接种后,均表现为上调,且抗病种质中葡聚糖酶基因表达量变化更明显。几丁质酶基因在感病种质接种后表现为下调表达,而在抗病种质中表现为上调表达。进一步利用Real Time PCR技术对几丁质酶和葡聚糖酶在mRNA水平上进行表达量验证。表达分析结果显示,几丁质酶在抗病种质中表现为上调趋势,而在感病种质中总体表现为下调趋势,只是在病原菌接种48h和60 h时表现为低水平的上调。抗感病香蕉种质接种病原菌后,与对照相比,葡聚糖酶均表现为上调趋势,而且,在抗病种质中的表达量比在感病种质中的表达量要高。这些结果表明,几丁质酶和葡聚糖酶在mRNA水平上的表达趋势和在蛋白质组水平上的结果一致。
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