【摘要】：黃萎病是造成世界棉花產(chǎn)量和品質(zhì)降低的主要病害之一。研究棉花抗病機制,鑒定抗病基因可為棉花抗病分子育種提供理論基礎和基因資源。在植物抗病過程中,多種蛋白質(zhì)、酶的相互合作,共同完成了植物抗病信號的產(chǎn)生和傳遞。泛素化修飾系統(tǒng)是真核生物體內(nèi)主要的蛋白質(zhì)調(diào)控路徑,廣泛參與了對生物體內(nèi)大多數(shù)蛋白質(zhì)的修飾降解行為。近年來研究發(fā)現(xiàn),眾多E3泛素連接酶參與了不同物種對相應病原菌的抗性調(diào)節(jié)。本研究對棉花一個參與抗黃萎病調(diào)控的E3泛素連接酶基因的功能進行了研究,并對棉花中PUB基因家族進行了聚類分析,取得的主要結果如下:1.序列分析表明,我們獲得的對棉花黃萎病有響應的E3泛素連接酶基因與擬南芥中具有免疫調(diào)節(jié)作用的PUB17具有較高的同源性,故命名為GhPUB17。表達分析發(fā)現(xiàn)利用棉花黃萎病菌株V991,植物抗生物逆境相關激素SA和MeJA體外處理棉花幼苗后,提取總RNA檢測GhPUB17表達水平,結果發(fā)現(xiàn)GhPUB17均被誘導上調(diào)表達。鑒于此結果,我們對其在棉花中的表達量進行了調(diào)控,詳細研究其抗黃萎病功能。2.通過病毒介導的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)及RNAi干涉技術抑制GhPUB17在棉花中的表達,棉花植株對黃萎病菌的抗性得以增強。超量表達GhPUB17后,轉(zhuǎn)基因棉花材料對黃萎病的抗性明顯弱于野生型對照及抑制GhPUB17基因表達的材料。接種灰霉病原菌后發(fā)現(xiàn),所有棉花材料對該病原的抗性無顯著性差異,表明GhPUB17可能特異性參與了棉花對黃萎病的抗性調(diào)控。3.使用qRT-PCR方法檢測GhPUB17各種轉(zhuǎn)基因株系材料接種黃萎病菌后抗病相關基因的表達變化。結果發(fā)現(xiàn)JA和SA信號路徑標志基因在各個取樣時間點的表達趨勢一致,不因GhPUB17株系不同而存在差異,這說明GhPUB17在棉花抗病信號網(wǎng)絡中的作用位置可能獨立于SA和JA信號路徑。4.通過蛋白互作實驗鑒定到棉花親環(huán)素GhCyP3可以與GhPUB17互作。通過VIGS方法抑制GhCyP3表達后接種V991,發(fā)現(xiàn)棉苗的抗病性降低,表明其在棉花抗黃萎病過程中具有正向調(diào)控作用。進一步研究發(fā)現(xiàn)GhCyP3蛋白能夠抑制GhPUB17的E3泛素連接酶活性。此外本研究還發(fā)現(xiàn),GhCyP3蛋白本身具有抗菌肽活性,體外培養(yǎng)狀態(tài)下可有效抑制黃萎病菌孢子的增殖。這些結果證明GhCyP3在棉花抗黃萎病方面存在多重調(diào)控作用。5.為了本課題后續(xù)對PUB基因家族成員的功能進行系統(tǒng)性分析,我們對棉花基因組中的PUB基因進行了檢索。以擬南芥的PUB基因序列為參考,我們在陸地棉基因組中BLAST比對發(fā)現(xiàn)了77個PUB基因家族成員。聚類分析后發(fā)現(xiàn),這77個基因可分為14類。通過對棉花組織表達與黃萎病菌誘導表達轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的分析,我們發(fā)現(xiàn)這些基因在棉花各組織差異表達,且其表達量受黃萎病菌誘導。我們從已發(fā)表的267份棉花栽培品種的重測序數(shù)據(jù)中選取了124份,并調(diào)查了這些棉花材料對黃萎病的抗性數(shù)據(jù)。同時我們分析了這124份材料基因組中PUB基因的變異情況,并將其與材料的抗性相關聯(lián),發(fā)現(xiàn)部分PUB基因編碼區(qū)與啟動子區(qū)域的SNP與InDel位點可能與棉花對黃萎病的抗性相關聯(lián)。以上研究結果證明棉花E3泛素連接酶GhPUB17負調(diào)控棉花抗黃萎病,但親環(huán)素GhCyP3可以抑制GhPUB17活性,并抑制病原菌生長,同時PUB基因家族的其他成員可能也參與了棉花對黃萎病的免疫調(diào)控。這為棉花抗病分子育種提供了理論基礎和基因資源。
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S435.621.2
【圖文】：

RLK1 對感知幾丁質(zhì)也是必須的，CERK1/LysM RLK1 缺陷型植株表現(xiàn)為對真菌性病原菌的感知能力下降(Miya et al 2007; Petutschnig et al 2010)。在水丁質(zhì)綁定蛋白 CEBIP 包含有一個完整的 LysM 結構域和一個跨膜結構域，激酶結構域。經(jīng)推測，擬南芥中的 CEBIP 可與 CERK1 受體相互協(xié)作來完質(zhì)的識別(Kakuetal2006)。DAMPs(Damanged-associatedmolecularpartterns信號同時也能夠被 PRRs 所識別。PEPR1 是一個植物傷信號受體，它能夠物體內(nèi)產(chǎn)生的、具有抗真菌活性的抗菌肽 AtPEP1 以激活免疫反應(Yamag2006)。類受體激酶 Theseus 也被發(fā)現(xiàn)在參與調(diào)控細胞伸長的同時涉及到了疫反應的激活行為。Theseus 有維持細胞完整性的功效，在細胞受損時，它生傷信號引起免疫反應(Hematy et al 2008; Hematy et al 2007)。由于 PAMPs 的保守且為眾多病原菌生存所必需且共通的特性，植物PAMPs 后，會產(chǎn)生相對廣譜和持久的抗菌能力，對眾多病原菌產(chǎn)生水平抗性（(Dodds et al 2010)。

病原菌進化產(chǎn)生新的效應子以促進入侵，避開宿主原有的 R 基因識別模式；植物本身也會進化出新的 R 基因以識別新的效應子，達到維護自身的目的。因長久的植物與病原菌進化歷程中，二者協(xié)作維持了一個 和諧 的關系，此用 zigzag 模式進行闡釋（圖 1.2）(Jones et al 2006)。

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

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2 白宇杰;馬華升;王火旭;阮松林;;植物細胞親環(huán)素研究進展[J];植物生理學通訊;2010年09期

3 潘克厚;馬曉磊;石娟;;親環(huán)素的研究進展與展望[J];中國海洋大學學報(自然科學版);2008年03期

相關博士學位論文 前3條

1 李超;棉花GbWRKY1在植物發(fā)育及防御反應中的功能分析[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2014年

2 徐理;棉花與黃萎病菌的分子互作機制研究及GbWRKY1基因的功能鑒定[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2011年

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相關碩士學位論文 前1條

1 劉琳琳;番茄Vel基因在棉花中的功能驗證[D];華中農(nóng)業(yè)大學;2013年

本文編號：2719840