马铃薯抗晚疫病LRR与氨基酸转运AAT基因的分析与鉴定

发布时间：2019-09-17 00:51

【摘要】：马铃薯(Solanum tuberosum L.)为茄科块茎植物,是仅次于小麦、水稻和玉米的世界第四大重要的粮食作物,且其绿色、健康的特点非常符合现代人们的饮食潮流。马铃薯的产量和品质也逐渐成为人们关注的热点。因此,本研究致力于研究马铃薯抗晚疫病相关的LRR基因与负责氨基酸转运的AAT基因的分析与鉴定。1.马铃薯抗晚疫病LRR基因的分析与鉴定目前,我国马铃薯平均单产远低于世界平均水平,造成这种现象的重要原因之一是马铃薯晚疫病的发生。马铃薯野生种中抗病资源丰富,本研究以野生马铃薯S.pinnatisectum为研究对象,以感病材料为对照,通过观察接种晚疫病菌超毒小种后抗/感材料在组织细胞学上的差异表现,寻找病菌侵染差异时间点,利用RNA-seq进行表达谱分析。研究结果如下:(1)致病疫霉菌在抗病材料S.pinnatisectum和感病材料S.cardophyllum上皆可完成整个病程且侵染结构没有差异,都能够萌发,形成附着胞和侵染囊泡,进一步形成胞间菌丝和吸器,之后进入腐生阶段,形成孢囊梗和孢囊。(2)致病疫霉菌在抗病材料上的病程显著滞后于感病材料,具体表现为:接种后6h,病菌菌丝已经扩展至感病材料的海绵组织,占观察位点的15.4%,而在抗病材料上几乎没有观察到进入海绵组织的菌丝;接种后9 h,感病材料上侵染至海绵组织的位点已经占到50%,而在抗病材料上仅有5.8%;接种后12 h,感病材料上病菌已经扩展至栅栏组织,占观察位点的24.8%,在抗病材料上,仅有1.2%;接种后72 h,在感病材料上可以观察到大量孢囊梗和孢囊,但抗病材料上,很少观察到繁殖体产生。(3)致病疫霉菌侵染后,抗/感病材料在组织学上表现出显著差异,具体表现为:接种后6 h,抗病材料的表皮细胞在病菌侵染点处被台盼蓝染色加深,而感病材料极少观察到此现象,怀疑与抗病反应有关;接种后12 h,抗病材料上受病菌侵染的海绵组织细胞出现了明显的坏死,但在感病材料上尚未观察到该现象;接种后72 h,抗病材料接种点处出现肉眼可见的坏死斑,而感病材料上则出现肉眼可见的病斑和病征。(4)对接种致病疫霉菌后0、6、9和12 h的抗/感材料进行转录组测序分析,结果显示:抗/感病叶片中共检测到LRR类基因2107个。对接种后不同时间点差异表达的LRR基因的聚类表达分析发现,在接种后各时间点抗/感病材料中均有LRR基因基因表达,其中有91个在抗病材料中上调表达明显。2.马铃薯氨基酸转运AAT基因的分析与鉴定利用生物信息学方法和已公布的马铃薯测序数据库,鉴定一类与马铃薯品质相关的家族基因,即马铃薯氨基酸转运载体家族基因(StAATs)。对这类基因的结构和表达水平等进行分析,并通过qRT-PCR方法验证部分StAAT基因在栽培品种夏波蒂中的表达模式。研究主要结果如下:(1)预测可能的StAAT基因。具体结果为:利用三种生物信息学方法共搜集并预测出72个StAAT基因。AAT基因基于与三个物种的系统进化关系被分为12个亚家族,分布在马铃薯的12条染色体上。马铃薯亚家族基因之间基因结构相似,与拟南芥和水稻的同类型亚家族基因结构也类似。(2)基因复制现象对AAT家族基因的扩张和生物学功能的多样化都具有重要的意义。具体为:接近1/3的StAAT基因来源于基因复制,其中串联复制基因数约是片段复制基因的5倍。这些复制基因之间的表达模式不尽相同,出现了基因功能沉默,功能重复和功能异化等现象。(3)基因表达谱和qRT-PCR分析发现,大部分StAAT基因表现出组织特异性。特别是StAAP和StAUX两个亚家族成员可能参与了块茎中氨基酸的运输和积累。
【图文】：

晚疫病,孢子囊,马铃薯晚疫病,产孢

图 1-1 致病疫霉Fig.1-1 Phytophthora infestans孢囊梗和孢子囊；3、4.孢子囊；5.空孢子囊内留有一休止孢子 6.游动孢子；7.休止孢子；发。（引自百度百科）ysts and sporangia; 3,4. Sporangia; 5. vacuole cysts left with a spore spores ; 6. zoospore; 7. susore; 8. suspended spores germination. (From Baidu Encyclopedia) 马铃薯晚疫病的发与危马铃薯晚疫病流行发生的主要因素是低温高湿的气候条件，特别在日暖夜凉，在 95%以上的环境（李拴曹等，2015）。致病疫霉菌菌丝的生长和产孢都受温菌丝适宜生长的温度为 17-19℃（Harrison et a1.,1992）。病菌产孢的适宜温度-22.5℃（Kable et a1., 1980；Ruckstuhi et a1., 1996）。病菌孢囊的形成和萌发度影响（Weille et a1.,1963；Cao et a1.,1996）。目前，全球每年因晚疫病造成的直接经济损失高达 67 亿美元，占到了马铃薯 15％左右（Haas et a1., 2009；Li et a1., 2011）。我国每年因感染晚疫病而导致到 20-35％（谢从华 2012），年均直接经济损失达 80 亿元人民币。晚疫病在

病菌,感病,叶片

图 2-1 接种后不同时间病菌在抗/感病叶片上的萌发和入侵。图 A-B 接种后 3 h 病菌在叶片上发；图 C-D 接种后 6 h，，病菌在叶片上形成初侵染；图 E-F 接种后 9 h，病菌入侵至感病材料绵细胞，而停留在抗病材料的表皮细胞；图 G-H 接种后 12 h，病菌在感病材料的海绵细胞形量胞间菌丝，而引起抗病材料海绵细胞的坏死。标尺=10μm。S:感病；R:抗病。A:附着胞；E:细胞；Gt：芽管；HR:过敏性坏死；M:叶肉细胞； Ih:侵染菌丝；It:胞间菌丝； Z:游动孢子Fig.2-1 The germination and infection of Phytophthora infestans on the excised leaves at different tpost inculation. The Fig. A-B The germination of zoospores at 3 h post-inoculation. Fig. C-D The priinfection of zoospores at 6 h post-inoculation. Fig. E-F The proportion of hyphae extended into spotissue at 9 h post inoculation. Fig. G-H The pathogen had been expanded into palisade tissue on susceleaves, while the resistant leaves obvious cell death at 12 h post inoculation. Bar=10μm.A: appresso
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S435.32

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