非寄主对大豆疫霉菌抗性的分子机理

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由大豆疫霉菌引起的根腐病是影响世界大豆生产的毁灭性病害之一,利用抗病品种是控制该病害最经济和有效的措施。然而,由于大豆疫霉菌小种的高度变异性导致品种抗性极易丧失。挖掘持久的抗病基因已成为抗病育种的难题。与单个的抗病基因控制的“基因对基因”抗性不同,非寄主抗性是植物最有效和持久的一种抗病机制。因此,找到非寄主对大豆疫霉菌抗性反应的关键基因,就可能利用基因工程手段创造广谱和持久的抗性材料。本研究的目的就是寻找非寄主拟南芥和烟草对大豆疫霉菌信号识别和抗性反应相关的基因,为从分子水平上解释非寄主对大豆疫霉菌抗性的机理提供依据。本研究获得了以下主要结果:1.大豆疫霉菌无性世代存在很高的毒力变异率,变异率的大小受大豆疫霉菌分离物和寄主基因型的共同影响。非寄主拟南芥和烟草对大豆疫霉菌侵染表现出不同的抗性反应:在拟南芥上不产生可见的症状,而烟草表现出与非亲和大豆寄主类似的局部坏死现象。与侵染叶片不同,在离体共培养条件下,大豆疫霉菌游动孢子对非寄主、非亲和寄主及亲和寄主的悬浮细胞均具有致病性。2.在蛋白质组水平上揭示了大豆疫霉菌诱导的大豆和拟南芥系统获得抗性的差异。在大豆上,伤口、水杨酸和大豆疫霉菌诱导的蛋白表达模式非常一致;而在拟南芥上,大豆疫霉菌与伤口诱导的蛋白表达模式一致,但与水杨酸诱导的存在较大差异。因此,大豆疫霉菌诱导的系统获得抗性在大豆上主要依赖水杨酸介导的信号传递途径,而在拟南芥上不依赖水杨酸的信号传递途径起着重要作用。大豆疫霉菌诱导的大豆和拟南芥差异表达的蛋白质功能相似,主要是与物质代谢相关的酶和各种调节因子,表明二者产生系统获得抗性反应的分子基础可能是相同的。3.利用与gateway技术兼容的酵母表达系统对来源于EST和基因组的大豆疫霉菌激发素家族的21个基因的开放阅读框架进行了克隆和表达,并通过接种烟草和拟南芥含表达产物的酵母上清进行了功能分析。结果表明,利用上述体系进行病原菌胞外蛋白的基因挖掘是可行的。激发素在不同非寄主植物抗性反应中的作用机制存在差异,在烟草上引起叶片的系统性坏死反应,而在拟南芥上可诱导接种部位周围细胞的细胞壁明显加厚。多数类激发素可以抑制酵母引起的烟草叶片坏死,表明激发素家族可能具有抑制一般激发子诱导的烟草坏死反应的功能。4.利用酵母双杂交技术从烟草和拟南芥中筛选了与激发素SOJB和类激发素PPSE7互作的蛋白。SOJB分别从烟草和拟南芥中筛选出了14个和13个蛋白;PPSE7分别从烟草和拟南芥中筛选出11个和14个蛋白。SOJB和PPSE7在拟南芥和烟草中存在几个相同的结合蛋白,表明二者具有共享的生物功能。在烟草中,SOJB能与蛋白质降解有密切关系的两个蛋白—肽酶和泛素结合蛋白互作,而PPSE7没有筛选到类似蛋白;这于本研究中SOJB的作用相符。SOJB和PPSE7均能与跨膜运输蛋白结合,PPSE7与水通道蛋白,SOJB与铜离子转运蛋白;表明二者在胞质内存在作用靶标。在拟南芥中,筛选出两个与PPSE7和SOJB结合的激酶,PPSE7与ATP结合激酶,SOJB与假定的受体激酶;这是在拟南芥中首次发现与激发素结合的受体激酶。5.构建了21个目标基因的gateway兼容的RNAi表达载体,为进一步分析这些基因的功能做好了准备。
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