长春花与小麦蓝矮植原体互作过程中抗病相关基因的分离与分析

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目前已报道的植原体病害已有1000多种,其中多种病害尤其木本植物上的都是致死性的。小麦蓝矮病是目前仅在我国有报道的一种小麦上的植原体病害,主要分布在陕西、宁夏、甘肃和内蒙古等西北干旱和半干旱的冬麦区,由介体条沙叶蝉(Psammotettix striatus L.)传播。小麦蓝矮病影响小麦植株的生长,影响小麦的抽穗和结实,造成小麦的大幅度减产,严重威胁小麦生产。目前,已开展了小麦蓝矮植原体基因组学及致病性等方面的研究,但是对寄主与小麦蓝矮植原体之间的互作机理还知之甚少。从转录水平了解寄主与小麦蓝矮植原体互作的基因表达特征,揭示寄主在感染小麦蓝矮植原体后在代谢、病害防御等方面的作用机制,将为研究小麦蓝矮植原体的致病性及其抗病品种的选育提供理论依据。因此,本研究以植原体的模式植物长春花为材料,采用c DNA-AFLP技术对感染小麦蓝矮植原体的长春花进行差异基因表达谱分析,并通过荧光定量PCR技术验证了c DNA-AFLP表达谱的准确性;利用RACE方法克隆病程相关蛋白基因及防御相关的基因全长,并通过生物信息学分析编码蛋白的基本特征;在转录水平分析这些基因在长春花与小麦蓝矮植原体互作过程中的表达模式。主要研究结果如下:1.以长春花为材料,采用c DNA-AFLP技术对感病植株中表现花绿变的花组织与健康对照的花组织进行差异基因表达谱分析,共分离到258条TDFs,其中201条TDFs的表达受到小麦蓝矮植原体侵染的诱导,而57条TDFs的表达受到抑制。通过与Gen Bank的nr数据库进行相似性比对,125条TDFs有明确的基因功能,参与了代谢、能量、信号转导、致病和防御等多条生物代谢途径。因此,这些基因的分离对深入了解寄主与植原体之间的互作机理有重要作用。2.从得到的TDFs中选择了8个TDFs,对其进行荧光定量PCR分析,除了一个基因的表达量变化与c DNA-AFLP的结果相悖外,其他基因的表达量变化与c DNA-AFLP得到的结果一致,说明c DNA-AFLP结果准确可靠。3.通过c DNA-AFLP分离到的TDFs的功能注释,找到两个基因W8-35和W1-23可能与花瓣的绿变相关。通过荧光定量PCR分析两个基因在花褪色、花绿变、花变叶及健康花组织中的表达量变化,结果显示W1-23在花变态的各个阶段表达量均高于健康长春花;而W8-35在花褪色样品中的表达量上升,在花绿变和花变叶中表达量低于健康花组织,说明两个基因在花变态的过程中发挥了作用。4.对长春花的10个内参基因在小麦蓝矮植原体侵染过程中的表达稳定性进行评价,通过软件ge Norm和Norm Finder得到的结果显示,Cr L23在整个小麦蓝矮植原体侵染的过程中表达相对最稳定;在长春花表现不同程度的花变态样品中,Cr TUB和Cr TUA是最稳定的内参基因;在长春花的不同组织样品中,Cr ACT在两个软件得到结果中表现最稳定。5.通过RACE方法,以c DNA-AFLP得到的基因片段为基础,克隆到两个长春花的PR蛋白基因全长,分别为Cr PR5和Cr PR6基因。Cr PR5基因全长1049bp,ORF为750bp,编码249个氨基酸。Cr PR6基因全长1682bp,ORF长1170bp,编码389个氨基酸。生物信息学分析结果显示Cr PR5蛋白序列N端有信号肽,无跨膜区;Cr PR6没有信号肽也没有跨膜区,可能定位在过氧化物酶体上。6.对长春花的PR蛋白基因Cr PR1a,Cr PR2,Cr PR4,Cr PR10a,Cr PR5,Cr PR6,Cr PR13和Cr PR14在感染小麦蓝矮和枣疯植原体的长春花中的表达量进行q RT-PCR分析,结果显示同一PR基因在两种植原体侵染的长春花中表达模式不同。大部分基因在嫁接后5天即受到WBD的诱导表达,而受到JWB诱导表达的时间点则相对滞后。同时以上结果也表明不同的PR蛋白在两种植原体与长春花的互作体系中发挥的作用不同。7.通过RACE方法,克隆到长春花的CBSX3基因,该基因全长1051bp,ORF为618bp,编码205个氨基酸。对Cr CBSX3基因在小麦蓝矮植原体的侵染过程中及不同组织中的表达量进行分析,结果显示该基因在长春花花中的表达量最高,在根中的表达量最低;在嫁接小麦蓝矮植原体10天后即受到强烈诱导表达。在本氏烟叶片中的亚细胞定位结果显示该基因编码的蛋白定位在细胞质;瞬时表达结果显示Cr CBSX3在本氏烟叶片中能够抑制BAX诱导的细胞坏死。以上实验结果说明该基因在侵染早期参与了长春花与小麦蓝矮植原体之间的互作。
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