小麥條銹病是威脅全球小麥生產(chǎn)最重要的病害之一,它是由小麥條銹菌（Puccinia striiformis f.sp tritici）引起的氣傳真菌病害。目前種植小麥抗病品種是控制該病害最有效、經(jīng)濟(jì)以及對環(huán)境友好的策略。然而,由于病原菌毒力變異頻繁,新的毒性小種不斷產(chǎn)生和流行,導(dǎo)致大量抗病品種喪失抗性。因此尋找新的廣譜、持久、穩(wěn)定的抗病性基因?qū)π←湕l銹菌的可持續(xù)防控具有重要意義。非寄主抗性是植物最普遍的抗病形式,具有廣譜持久的特性,不會因?yàn)椴≡淖儺惗鴨适Э剐�。水稻是唯一被大面積栽種而不被銹菌侵染的禾本科作物,水稻對條銹菌的抗性即為非寄主抗性。前期本實(shí)驗(yàn)室利用蛋白質(zhì)組學(xué)研究方法鑒定發(fā)現(xiàn)水稻接種小麥條銹菌后甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GAPDH）和甘油激酶（GK）蛋白表達(dá)差異顯著。因此,本研究為明確甘油-3-磷酸代謝相關(guān)基因在水稻對條銹菌非寄主抗性作用,利用qRT-PCR、亞細(xì)胞定位等技術(shù)進(jìn)行基因功能分析。借助CRISPR/Cas技術(shù)敲除靶基因,獲得突變體植株。具體結(jié)果如下:（1）利用qRT-PCR分析了G3P代謝相關(guān)基因在水稻與條銹菌互作過程中的表達(dá)特征,發(fā)現(xiàn)3個(gè)GAPDH基因Os02g3... 

【文章來源】：西北農(nóng)林科技大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

非寄主抗性機(jī)制模式（AyliffeMetal.2011）

4水稻甘油-3-磷酸代謝相關(guān)基因?qū)π←湕l銹菌非寄主抗性作用的研究了植物ETI免疫反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生過敏性壞死反應(yīng)，阻止了病原菌在侵染部位進(jìn)一步入侵和繁殖（圖1-2）（Osbourn1996）。圖1-2兩種非寄主抗性類型模式圖（Umaetal.2011）Fig.1-2Twotypesofnon-hostresistancepatterns.1.2.4植物非寄主抗病性的相關(guān)基因目前，已經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)并克隆獲得許多參與非寄主抗性途徑的基因，在植物非寄主抗病性中有著重要的角色。而且許多研究表明，一些在植物非寄主抗性中起重要作用的基因在基礎(chǔ)抗性反應(yīng)中也起重要作用（NiksandMarcel2009）。例如，擬南芥PEN1，PEN2和PEN3參與抵抗大麥白粉病菌(Blumeriagraminisf.sphordei,Bgh)對植物表皮的穿透(CollinsNCetal.2003;SteinMetal.2006)。另外，大麥ROR1和ROR2兩個(gè)基因的缺失突變也能使大麥白粉病菌對葉片的穿透力提高。以上結(jié)果說明了植物非寄主抗性反應(yīng)與基礎(chǔ)抗性反應(yīng)之間緊密相關(guān)。擬南芥NHO1是首個(gè)鑒定獲得的非寄主抗性基因，參與擬南芥對Pseudomonassyringaepv.phaseolicola和Botrytiscinerea等的非寄主病原菌的非特異抗性，同時(shí)還受到鞭毛蛋白的誘導(dǎo)表達(dá)，因此，認(rèn)為NHO1是一個(gè)廣譜抗性的基因（Kangetal.2003）。此外，有相關(guān)研究表明，由GLI1/NHO1參與合成的甘油-3-磷酸是擬南芥基礎(chǔ)抗性反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控因子和激發(fā)系統(tǒng)獲得免疫抗病性（SAR）的信號分子（楊宇衡2014；Chandaetal.2011）。1.3甘油-3-磷酸代謝相關(guān)基因甘油-3-磷酸（glycerol-3-phosphate,G3P）不但參與糖酵解及甘油酯生物合成途徑，同時(shí)也參與植物脂肪酸的生物合成，是原核生物、植物、動(dòng)物以及人體疾病相關(guān)的一種重要代謝物(Kachrooetal.2009；OhlroggeandBrowse1995)。研究

第一章文獻(xiàn)綜述5結(jié)果表明，保持植物體內(nèi)G3P正常的代謝水平是確保植物抗病防衛(wèi)相關(guān)蛋白穩(wěn)定性的重要先決條件（Yuetal.2013；楊宇衡2014）。而植物中G3P的水平受到G3P合成與代謝通路中的相關(guān)酶調(diào)控。例如，擬南芥中甘油-3-磷酸代謝水平的多少主要取決于細(xì)胞內(nèi)甘油醛-3-磷酸脫氫酶和甘油激酶的活性(Shenetal.2006)。圖1-3植物細(xì)胞糖酵解及卡爾文循環(huán)中G3P代謝途徑示意圖(盧倩等2013)Fig.1-3.Acondensedschemeofglycerol-3-phosphatemetabolisminplants.1.3.1甘油醛-3-磷酸脫氫酶甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase,GAPDH)在真核和原核生物體中普遍存在，一直被認(rèn)為是一類“持家”基因。在高等植物中，GAPDH可被分為磷酸化和非磷酸化兩大類，前者根據(jù)其亞細(xì)胞定位的不同又可分為GAPC、GAPCp和GAPA/B三種類型的同工型（盧倩等2013）。GAPC存在于細(xì)胞質(zhì)中，以NAD+和無機(jī)磷酸鹽為底物，將甘油醛-3-磷酸催化氧化生成1,3-二磷酸甘油醛(1,3-diphosphoglyceraldehyde,BPGA)，同時(shí)生成ATP和NADH，為生命活動(dòng)提供能量；GAPCp主要定位于非綠色質(zhì)體中，以NAD+為底物，與磷酸甘油酸激酶（PGK）共同催化反應(yīng)形成G3P和ATP；GAPA/B是在葉綠體的光合作用中同化CO2的卡爾文循環(huán)中扮演重要角色；非磷酸化的甘油醛-3-磷酸脫氫酶在細(xì)胞質(zhì)中將甘油醛-3-磷酸催化氧化為3-磷酸甘油酸（圖1-3）(盧倩等2013；Petersenetal.2003)。近年來實(shí)驗(yàn)證明，GAPDH不僅參與糖酵解、糖異生和卡爾文循環(huán),而且還參與許多其他生理生化反應(yīng)中。例如，研究發(fā)現(xiàn)，GAPDH具有膜融合活性，當(dāng)GAPDH的活性降低，可觀察到細(xì)胞有絲分裂后期的核膜組裝過程也明顯受阻(Nakagawaetal.2003)；還有研究表明GAPDH結(jié)合小G蛋白Rab2，可以調(diào)控膜

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]植物非寄主抗性研究進(jìn)展[J]. 陳紅霖,王義琴,儲成才,李平.  遺傳. 2008(08)
[6]我國小麥品種抗條銹性喪失原因及其解決途徑[J]. 李振岐.  中國農(nóng)業(yè)科學(xué). 1980(03)

博士論文
[1]水稻—小麥條銹菌互作研究及G3P在小麥SAR中的功能研究[D]. 楊宇衡.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2014
[2]水稻對小麥葉銹菌的非寄主抗性研究及條銹菌侵染的小麥葉片蛋白質(zhì)組學(xué)分析[D]. 李紅兵.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2011

碩士論文
[1]水稻抽穗基因Hd1的CRISPR/Cas9載體構(gòu)建及結(jié)果分析[D]. 王蘭.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015
[2]水稻對小麥條銹菌非寄主抗性的遺傳分析及小麥TaMPK6基因的克隆和功能分析[D]. 邢慧君.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2013



本文編號：3573046