【摘要】：馬鈴薯是僅次于水稻、小麥和玉米的世界第四大糧食作物,在世界糧食安全中發(fā)揮重要作用。由致病疫霉菌(Phytophthora infestans)引起的晚疫病是馬鈴薯上危害最為嚴重的病害,曾引發(fā)1840年代的“愛爾蘭大饑饉”。使用抗病品種是防治該病害最經濟有效和環(huán)境友好的策略,但致病疫霉菌頻繁變異進而克服品種抗病性,導致晚疫病的周期性爆發(fā)和流行,因此被稱為“抗病基因毀滅者”(Resistance gene destroyer)。我國西北地區(qū)廣泛種植的馬鈴薯飽受晚疫病危害,在我國大力倡導化學藥劑減量增效的背景下,如何快速開發(fā)抗病品種和高效、持久地使用它們成為晚疫病防控工作亟待解決的關鍵問題。由于我們不清楚國內馬鈴薯主栽品種在西北地區(qū)的田間抗病表現,對這些品種在基因水平的抗病遺傳背景更缺乏系統(tǒng)的了解,嚴重阻礙了馬鈴薯品種的合理布局和推廣應用,增加了晚疫病爆發(fā)流行的風險。因此,我們對101個馬鈴薯主栽品種和新育品種(系)進行了田間抗病性鑒定,并以已知致病疫霉無毒基因為工具分析了20個品種中對應抗病基因的組成。此外,靶向保守RXLR效應基因的馬鈴薯抗病基因其抗性持久的潛力更大,因此鑒定保守RXLR效應基因將為尋找持久抗病基因奠定基礎。為鑒定致病疫霉菌侵染早期高表達的保守RXLR效應基因,我們挑選出6個遺傳多樣性較高的菌株,制備了12小時的葉部侵染材料進行轉錄組測序,從測序數據中鑒定到一批序列保守的核心RXLR效應基因,并對部分候選在本氏煙和馬鈴薯上進行了初步的功能分析。主要得到以下結果:1.田間抗病性鑒定發(fā)現19個馬鈴薯品種對晚疫病表現高抗,大部分品種表現中抗到高感。以10個致病疫霉菌無毒基因為工具,分析了20個馬鈴薯品種的抗病基因組成,發(fā)現各品種抗病基因數目和組成不同,含有0到10個與無毒基因對應的抗病基因,平均每個品種含有5個。在強毒性菌株為流行群體的前提下,供試品種抗病基因數目和病情指數(AUDPC)間呈顯著負相關(R=0.70**,p0.05),表明聚合抗病基因越多的品種田間抗病表現越好。2.采用Illumina高通量轉錄組測序,從6個菌株侵染的馬鈴薯葉片樣品中得到46G數據,其中2,337,987條(1%)序列(reads)屬于致病疫霉菌。經基因拼接后從6個菌株中檢測到11,911個表達的基因,平均每個菌株中檢測到7,000個基因;其中包括245個表達的RXLR效應基因,平均每個菌株中檢測到160個。表達特征分析發(fā)現,RXLR效應基因的整體表達水平比轉錄組整體水平高2-3倍,說明在侵染早期階段有大量的RXLR效應基因高度上調表達。進一步分析發(fā)現,在128個效應基因中共檢測到468個單堿基(SNP)變異,其中同義替換183個,非同義替換266個,表明效應基因承受正向選擇壓力,多態(tài)性水平高。基于序列保守且侵染早期階段高表達的原則,我們鑒定到23個候選核心效應基因。經序列比對分析,最終將它們劃分為18個候選的核心RXLR效應因子(Core RXLR effector,CRE)。選取其中9個CRE進行毒性測試,發(fā)現它們均可促進致病疫霉菌的侵染。選取4個CRE在本氏煙和馬鈴薯葉片瞬時表達,初步功能分析發(fā)現它們均抑制由BAX、INF1、NIP、Avh241和Avh238引發(fā)的PTI和ETI反應。表明這些效應基因在侵染早期通過抑制植物防衛(wèi)反應而發(fā)揮毒性作用。
【圖文】：

構 無隔膜、多核管狀菌絲 單細胞或有隔單核或多核菌絲性 二倍體，配子為短暫的單倍體期 典型的為單倍體，有性世代為二大小 50-250Mb 10-40Mb胞壁多纖維素 幾丁質 常無色素 非常普遍生代謝較少報道 較普遍素 非肽，脂類 小肽或脂肽類性孢子 非干燥狀態(tài)，單細胞孢子囊 干燥狀態(tài)，單細胞或多細胞分生性孢子 非常普遍，雙鞭毛游動孢子 不常見，僅見于壺菌，單鞭毛子 卵孢子，常形成于特化菌絲的末端 許多類型，，常大量形成，被復雜物包裹要能量Mycolaminarin 和脂類，也可能利用多磷酸鹽糖原和海藻糖，還有糖醇和脂類

病疫霉菌形態(tài)學研究霉菌整個生活史中共有 11 種細胞類型（cell type）（圖 1-2），這生命周期各階段，例如有性和無性繁殖、游動孢子萌發(fā)和侵染、這些細胞類型包括：游動孢子（zoospore）、休止孢（cyst）、ing cyst）、帶吸器的萌發(fā)休止孢（germinated cyst with appressoriu泡的休止孢（germinated cyst with appressorium and infection vem）、孢子囊（sporangium）、菌絲（hyphae）、雄器（antheridiu）和卵孢子（oospore）(Nowicki et al. 2011)。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S435.32

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本文編號：2588610