棉花GhADF6基因的调控表达介导的微丝重排在抵御大丽轮枝菌侵染中的功能研究

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棉花是重要的天然纤维作物,也是主要的油料作物,在许多国家国民经济发展中具有重要作用,有“白色黄金”之称。由土传丝状真菌大丽轮枝菌引起的维管束病害黄萎病是棉花的主要病害,是影响我国皮棉产量的主要因素之一。虽然通过传统育种方式已获得少数黄萎病耐/抗性品种,但能够稳定遗传的高抗种质资源仍十分匮乏。从棉花黄萎病抗性品种中分离鉴定抗病相关基因,分析其功能及调控机制,不仅能为研究棉花与大丽轮枝菌的相互作用机制提供理论依据,也能为利用分子育种方法提高棉花主栽品种的黄萎病抗性提供目标基因。  本研究利用分子生物学、细胞生物学和生物化学等方法,对棉花ADF家族成员GhADF6介导的微丝骨架动态变化在棉花抵御大丽轮枝菌侵染过程中的作用进行了分析。实验结果表明,在大丽轮枝菌侵染后,棉花根部细胞中微丝骨架发生活跃的动态重组,微丝密度与成束程度明显增加,同时GhADF6基因的表达量随着大丽轮枝菌侵染时间延长而持续降低。生物化学及显微成像实验表明GhADF6是典型的微丝解聚因子,在体外具有微丝结合、解聚及剪切的功能。在裂殖酵母中异源过表达GhADF6使得束状微丝减少且长度变短,表明GhADF6在细胞内亦具有微丝解聚/切割活性。利用VIGS方法沉默GhADF6在棉花中的表达,能够增强棉花对黄萎病菌的抗性。VI GS-GhADF6棉花根细胞中微丝密度与成束程度均有提高,其变化与野生型棉花在大丽轮枝菌侵染后发生的动态重组相类似。此外,与对照相比,VIGS-GhADF6棉株根部生长更为健壮,纤维素含量升高。组织切片染色及电镜观察表明VIGS-GhADF6棉株根部维管束结构改变,维管束厚壁细胞的细胞壁增厚,表明下调GhADF6基因的表达促进了晶体纤维素在细胞壁的沉积,这可能有利于棉花抵御大丽轮枝菌的侵染。结果表明,GhADF6的调控表达及其介导的微丝骨架重排是棉花与大丽轮枝菌相互作用的重要过程之一,在棉花防御反应中具有重要作用,其作用机制有待深入研究。
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