精胺代謝相關(guān)基因在棉花抗黃萎病中的功能
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【摘要】:棉花是世界重要的經(jīng)濟作物。棉花黃萎病是嚴重影響產(chǎn)量和品質(zhì)的土傳維管束病害。挖掘棉花抗黃萎病相關(guān)基因、解析其抗病機制對于棉花抗黃萎病遺傳改良具有重要意義。本實驗室前期篩選黃萎病菌誘導(dǎo)的陸地棉抗病品種SSH文庫及海島棉c DNA文庫獲得了非常重要的差異表達基因,進一步分析發(fā)現(xiàn)了多胺新陳代謝途徑基因的富集,通過實時熒光定量技術(shù)分析多胺途徑基因在黃萎病菌脅迫下的表達模式,發(fā)現(xiàn)多胺氧化酶基因Gh PAO、S-腺苷甲硫胺酸脫羧酶基因Gh SAMDC、精胺合成酶基因Gh SPMS和熱精胺合成酶基因Gh ACL5與黃萎病抗性關(guān)系最密切,因此研究棉花PAO/SAMDC/SPMS/ACL5在黃萎病菌脅迫下的功能及抗病分子機制,將為解析抗黃萎病機制提供理論依據(jù)。主要包含以下幾方面的研究內(nèi)容:(1)利用病毒介導(dǎo)的基因沉默技術(shù)干擾棉花內(nèi)源PAO/SAMDC/SPMS/ACL5的表達,研究對黃萎病抗性的影響及關(guān)聯(lián)的底物、產(chǎn)物變化;(2)利用擬南芥進行基因的過表達操作,研究對黃萎病抗性的影響,從分子生物學(xué)、細胞學(xué)、生理生化和表型水平解析抗病分子機制;(3)通過分析不同抗感棉花品種在黃萎病菌脅迫下的多胺含量變化及多胺對黃萎病菌生長的體外抑制效應(yīng),解析多胺水平與棉花黃萎病抗性的關(guān)系。獲得主要結(jié)果如下:1、Gh PAO轉(zhuǎn)基因擬南芥表現(xiàn)出增強的黃萎病抗性,伴隨降低的植株體內(nèi)黃萎病菌的生物量、病癥,顯著提高了黃萎病菌脅迫進程中的PAO酶活水平、底物腐胺、亞精胺和精胺、產(chǎn)物過氧化氫、激素水楊酸及植保素camalexin水平,并且調(diào)動了擬南芥內(nèi)源多胺新陳代謝的14個關(guān)鍵基因的表達上調(diào)。另外,精胺和水楊酸能誘導(dǎo)擬南芥內(nèi)源多胺新陳代謝14個關(guān)鍵基因的表達上調(diào)。2、Gh PAO具有典型的FAD-specific吸收光譜,最適p H為8.0,最適溫度為40度,最適底物為精胺,Gh PAO催化精胺的部分反向轉(zhuǎn)化。外源腐胺、亞精胺、熱精胺和精胺都能顯著的抑制黃萎病菌菌絲、孢子及菌落的生長,并且精胺的抑制效果最為卓越。在接種黃萎病菌前的20個抗、感棉花品種中的多胺水平無明顯的規(guī)律,但是在接種黃萎病菌以后,10個抗病的棉花品種中的腐胺、亞精胺和精胺含量均明顯高于10個感病的棉花品種。3、在棉花和擬南芥中精胺積累能有效誘導(dǎo)植保素camalexin的積累,并且精胺能誘導(dǎo)植保素camalexin途徑關(guān)鍵基因絲裂原激活蛋白激酶及細胞色素P450氧化酶的表達上調(diào)。另外,植保素camalexin對黃萎病菌的生長也具有顯著的抑制作用。沉默Gh PAO使棉花表現(xiàn)感病,并伴隨升高的病情指數(shù),及受損的腐胺、亞精胺、精胺、過氧化氫和植保素camalexin水平,Gh PAO通過Spm和camalexin信號參與植物抗性反應(yīng)。4、負責(zé)精胺合成的關(guān)鍵基因Gh SAMDC和Gh SPMS在抗病的棉花材料中受黃萎病菌和植物激素誘導(dǎo)表達上調(diào),沉默棉花的Gh SAMDC或Gh SPMS對黃萎病侵染表現(xiàn)出感病性,外源添加精胺使基因沉默的棉花抗性增強。在擬南芥中過表達Gh SAMDC增強了黃萎病抗性,伴隨精胺、水楊酸和亮氨酸的積累。轉(zhuǎn)Gh SPMS擬南芥對黃萎病侵染表現(xiàn)為感病,接菌后腐胺和水楊酸信號表現(xiàn)受損。5、Gh ACL5在抗病棉花品種接種黃萎病菌后被快速誘導(dǎo),但在感病棉花品種中表達波動不大。另外,Gh ACL5能有效的響應(yīng)植物激素水楊酸、茉莉酸和乙烯的誘導(dǎo)。沉默Gh ACL5使棉花表現(xiàn)感病,并伴隨升高的病情指數(shù)。沉默棉花Gh ACL5使棉花植株表現(xiàn)為嚴重的矮化,顯著降低了植株高度,伴隨顯著降低的熱精胺水平。在擬南芥中過量表達Gh ACL5顯著提高了擬南芥的植株高度,并伴隨顯著提高的熱精胺水平。
【關(guān)鍵詞】:棉花 黃萎病抗性 多胺氧化酶 熱精胺合成酶 精胺 植保素
【學(xué)位授予單位】:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號】:S435.62
【目錄】:
- 摘要4-6
- Abstract6-13
- 1 引言13-19
- 2 材料和方法19-33
- 2.1 試驗材料19
- 2.2 試驗方法19-33
- 2.2.1 棉苗、擬南芥苗培育及黃萎病菌接菌處理19-20
- 2.2.2 RNA、DNA提取及cDNA的合成20-22
- 2.2.3 實時熒光定量PCR表達分析22-23
- 2.2.4 多胺、植保素camalexin、氨基酸對黃萎病菌的抑菌活性測定23-24
- 2.2.5 植物激素水楊酸、植保素camalexin含量測定24-25
- 2.2.6 TRV基因沉默載體構(gòu)建及農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化25-26
- 2.2.7 多胺含量、多胺氧化酶活性測定26-27
- 2.2.8 棉花多胺氧化酶生化特性27-32
- 2.2.9 過氧化氫含量及過氧化氫酶活力測定32
- 2.2.10外源藥劑添加、氨基酸含量和電導(dǎo)率測定32-33
- 3 結(jié)果與分析33-72
- 3.1 棉花PAO通過精胺和植保素信號參與植物的黃萎病抗性33-54
- 3.1.1 GhPAO在黃萎病菌及植物激素誘導(dǎo)下的表達模式33-35
- 3.1.2 轉(zhuǎn)GhPAO擬南芥的黃萎病抗性鑒定及功能分析35-46
- 3.1.3 棉花多胺氧化酶GhPAO的生化特性46-48
- 3.1.4 沉默GhPAO對棉花黃萎病抗性的影響48-50
- 3.1.5 體外多胺對黃萎病菌生長的影響50-52
- 3.1.6 黃萎病菌脅迫下抗感棉花品種中多胺水平差異分析52-54
- 3.2 棉花SAMDC通過水楊酸和亮氨酸信號參與植物的黃萎病抗性54-63
- 3.2.1 棉花SAMDC/SPMS在黃萎病菌及激素誘導(dǎo)下的表達模式54-55
- 3.2.2 棉花SAMDC/SPMS沉默植株的抗性表現(xiàn)55-57
- 3.2.3 過表達棉花SAMDC/SPMS擬南芥的抗性表現(xiàn)57-60
- 3.2.4 轉(zhuǎn)GhSAMDC/GhSPMS擬南芥在黃萎病菌脅迫下的氨基酸水平變化60
- 3.2.5 GhSAMDC/GhSPMS調(diào)控的黃萎病抗性與水楊酸途徑的關(guān)聯(lián)分析60-62
- 3.2.6 外源添加腐胺、水楊酸、亮氨酸對棉花黃萎病抗性的影響62-63
- 3.3 棉花ACL5通過調(diào)控?zé)峋匪絽⑴c植株的莖伸長和黃萎病抗性63-72
- 3.3.1 過表達GhACL5對擬南芥株高的影響63-67
- 3.3.2 轉(zhuǎn)GhACL5擬南芥株高的提高與發(fā)芽早晚的關(guān)系67-68
- 3.3.3 沉默GhACL5對棉花株高的影響68-69
- 3.3.4 體外熱精胺對黃萎病菌生長的抑制效應(yīng)69-70
- 3.3.5 棉花GhACL5在黃萎病菌及植物激素誘導(dǎo)下的表達模式70-71
- 3.3.6 沉默GhACL5對棉花黃萎病抗性的影響71-72
- 4 討論72-78
- 4.1 轉(zhuǎn)GhPAO擬南芥在黃萎病菌脅迫下調(diào)控多胺水平的策略72-73
- 4.2 精胺增強植物對黃萎病抗性的分子機制73-74
- 4.3 GhPAO調(diào)控的植物抗黃萎病機制74-75
- 4.4 水楊酸和亮氨酸相關(guān)信號參與GhSAMDC調(diào)控的精胺抗性75-76
- 4.5 GhACL5通過調(diào)控?zé)峋匪揭蕴岣咧旮吆椭参锟剐?/span>76-78
- 5 結(jié)論78-79
- 參考文獻79-90
- 附錄I90-94
- 相關(guān)學(xué)術(shù)論文94-95
- 作者簡歷95-96
- 致謝96-97
【參考文獻】
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本文編號:494996
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