葡萄抗霜霉病相关基因的分离与功能分析

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葡萄霜霉病(Plasmopara viticola (Berk. and Curt.) Berl. and de Toni)是引起并造成葡萄生产重大经济损失的真菌性病害。这种毁灭性病害在导致葡萄减产的同时,因防治过程重复使用杀菌剂,常造成环境二次污染。为葡萄可持续生产,选育并合理整合抗霜霉病相关基因是最为经济和安全的方法之一。本研究选择抗霜霉病品种贝达为研究对象,应用同源序列法和cDNA-AFLP技术进行抗病相关基因研究,并利用实时荧光定量PCR技术分析抗病相关基因的表达模式,对基因功能进行初步验证。主要结论如下:1.根据已克隆植物抗病基因NBS保守结构设计简并引物,从经霜霉病菌诱导的贝达叶片中获得10个可通读的葡萄抗病基因同源片段(RGA)。这些片段含有与已知抗病基因相似的保守结构域。系统进化分析结果表明,10个葡萄RGAs可划分为TIR-NBS-LRR与no TIR-NBS-LRR两类。实时荧光定量PCR分析结果显示,RGA1、 RGA2、RGA5和RGA23受霜霉病菌诱导表达。2.分别以RGA1、RGA2、RGA5和RGA23已知片段为靶序列,利用RACE技术获得各自cDNA全长序列。RGA1全长cDNA序列长为4787bp,包含4545bp的开放阅读框,编码1514个氨基酸序列;RGA2全长cDNA序列长度为3883bp,包含3603bp的开放阅读框,编码1200个氨基酸序列;RGA5全长cDNA序列长度为4282bp,包含4008bp的开放阅读框,编码1335个蛋白质氨基酸序列;RGA23全长cDNA序列为3097bp,包含2694bp的开放阅读框,编码897个蛋白质氨基酸序列。3. RGA1、RGA2和RGA5为典型的TIR-NBS-LRR类基因,其编码蛋白主要由三部分组成:N-端为果蝇Toll蛋白及哺乳动物的白介素-1受体(TIR);中央植物抗病基因保守序列NBS区域;C-端存在亮氨酸重复序列(LRR)。而在RGA23编码蛋白N-端第8-97区域为coiled-coil (CC)区域;中央为NBS区域,在C-端为13个亮氨酸重复序列(LRR),为典型的CC-NBS-LRR型抗病基因。4. qPCR分析结果表明,在接种诱导12d内,RGA1、RGA2、RGA5和RGA23的表达受SA、MeJA、ABA和H202诱导。5.本研究利用cDNA-AFLP技术,对霜霉病发病早期的贝达叶片进行分析。306对引物组合共扩增得到15300左右的条带,其中差异表达条带1370左右。6.成功克隆和测序674个差异表达片段(TDFs),其中489条TDFs能在葡萄基因组中找到同源基因。已知功能序列的TDFs涉及初级代谢、抗病与防御、转运相关、细胞结构、转录相关、能量代谢、信号传导相关、蛋白储运等。多数差异基因在霜霉病菌侵染过程中表达量下调,尤其是与光合作用相关的基因。7.选取28个差异表达TDFs进行qPCR分析,证实这些基因差异表达是由于霜霉病菌诱导表达的结果,发生在葡萄-霜霉病菌互作早期,与cDNA-AFLP表达一致,证明cDNA-AFLP分析基因的表达是可靠的。本研究对抗病葡萄-霜霉病菌互作早期的差异表达基因进行研究,其结果将有助于明确病原菌侵染过程的分子机理,同时鉴定的基因和化合物将有助于霜霉病的防治。
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