GhPUB17在棉花抗黄萎病中的功能鉴定
发布时间：2020-06-18 21:13
【摘要】：黄萎病是造成世界棉花产量和品质降低的主要病害之一。研究棉花抗病机制,鉴定抗病基因可为棉花抗病分子育种提供理论基础和基因资源。在植物抗病过程中,多种蛋白质、酶的相互合作,共同完成了植物抗病信号的产生和传递。泛素化修饰系统是真核生物体内主要的蛋白质调控路径,广泛参与了对生物体内大多数蛋白质的修饰降解行为。近年来研究发现,众多E3泛素连接酶参与了不同物种对相应病原菌的抗性调节。本研究对棉花一个参与抗黄萎病调控的E3泛素连接酶基因的功能进行了研究,并对棉花中PUB基因家族进行了聚类分析,取得的主要结果如下:1.序列分析表明,我们获得的对棉花黄萎病有响应的E3泛素连接酶基因与拟南芥中具有免疫调节作用的PUB17具有较高的同源性,故命名为GhPUB17。表达分析发现利用棉花黄萎病菌株V991,植物抗生物逆境相关激素SA和MeJA体外处理棉花幼苗后,提取总RNA检测GhPUB17表达水平,结果发现GhPUB17均被诱导上调表达。鉴于此结果,我们对其在棉花中的表达量进行了调控,详细研究其抗黄萎病功能。2.通过病毒介导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)及RNAi干涉技术抑制GhPUB17在棉花中的表达,棉花植株对黄萎病菌的抗性得以增强。超量表达GhPUB17后,转基因棉花材料对黄萎病的抗性明显弱于野生型对照及抑制GhPUB17基因表达的材料。接种灰霉病原菌后发现,所有棉花材料对该病原的抗性无显著性差异,表明GhPUB17可能特异性参与了棉花对黄萎病的抗性调控。3.使用qRT-PCR方法检测GhPUB17各种转基因株系材料接种黄萎病菌后抗病相关基因的表达变化。结果发现JA和SA信号路径标志基因在各个取样时间点的表达趋势一致,不因GhPUB17株系不同而存在差异,这说明GhPUB17在棉花抗病信号网络中的作用位置可能独立于SA和JA信号路径。4.通过蛋白互作实验鉴定到棉花亲环素GhCyP3可以与GhPUB17互作。通过VIGS方法抑制GhCyP3表达后接种V991,发现棉苗的抗病性降低,表明其在棉花抗黄萎病过程中具有正向调控作用。进一步研究发现GhCyP3蛋白能够抑制GhPUB17的E3泛素连接酶活性。此外本研究还发现,GhCyP3蛋白本身具有抗菌肽活性,体外培养状态下可有效抑制黄萎病菌孢子的增殖。这些结果证明GhCyP3在棉花抗黄萎病方面存在多重调控作用。5.为了本课题后续对PUB基因家族成员的功能进行系统性分析,我们对棉花基因组中的PUB基因进行了检索。以拟南芥的PUB基因序列为参考,我们在陆地棉基因组中BLAST比对发现了77个PUB基因家族成员。聚类分析后发现,这77个基因可分为14类。通过对棉花组织表达与黄萎病菌诱导表达转录组数据的分析,我们发现这些基因在棉花各组织差异表达,且其表达量受黄萎病菌诱导。我们从已发表的267份棉花栽培品种的重测序数据中选取了124份,并调查了这些棉花材料对黄萎病的抗性数据。同时我们分析了这124份材料基因组中PUB基因的变异情况,并将其与材料的抗性相关联,发现部分PUB基因编码区与启动子区域的SNP与InDel位点可能与棉花对黄萎病的抗性相关联。以上研究结果证明棉花E3泛素连接酶GhPUB17负调控棉花抗黄萎病,但亲环素GhCyP3可以抑制GhPUB17活性,并抑制病原菌生长,同时PUB基因家族的其他成员可能也参与了棉花对黄萎病的免疫调控。这为棉花抗病分子育种提供了理论基础和基因资源。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.621.2
【图文】：
RLK1 对感知几丁质也是必须的，CERK1/LysM RLK1 缺陷型植株表现为对真菌性病原菌的感知能力下降(Miya et al 2007; Petutschnig et al 2010)。在水丁质绑定蛋白 CEBIP 包含有一个完整的 LysM 结构域和一个跨膜结构域，激酶结构域。经推测，拟南芥中的 CEBIP 可与 CERK1 受体相互协作来完质的识别(Kakuetal2006)。DAMPs(Damanged-associatedmolecularpartterns信号同时也能够被 PRRs 所识别。PEPR1 是一个植物伤信号受体，它能够物体内产生的、具有抗真菌活性的抗菌肽 AtPEP1 以激活免疫反应(Yamag2006)。类受体激酶 Theseus 也被发现在参与调控细胞伸长的同时涉及到了疫反应的激活行为。Theseus 有维持细胞完整性的功效，在细胞受损时，它生伤信号引起免疫反应(Hematy et al 2008; Hematy et al 2007)。由于 PAMPs 的保守且为众多病原菌生存所必需且共通的特性，植物PAMPs 后，会产生相对广谱和持久的抗菌能力，对众多病原菌产生水平抗性（(Dodds et al 2010)。
病原菌进化产生新的效应子以促进入侵，避开宿主原有的 R 基因识别模式；植物本身也会进化出新的 R 基因以识别新的效应子，达到维护自身的目的。因长久的植物与病原菌进化历程中，二者协作维持了一个 和谐 的关系，此用 zigzag 模式进行阐释（图 1.2）(Jones et al 2006)。
本文编号：2719840
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.621.2
【图文】：
RLK1 对感知几丁质也是必须的，CERK1/LysM RLK1 缺陷型植株表现为对真菌性病原菌的感知能力下降(Miya et al 2007; Petutschnig et al 2010)。在水丁质绑定蛋白 CEBIP 包含有一个完整的 LysM 结构域和一个跨膜结构域，激酶结构域。经推测，拟南芥中的 CEBIP 可与 CERK1 受体相互协作来完质的识别(Kakuetal2006)。DAMPs(Damanged-associatedmolecularpartterns信号同时也能够被 PRRs 所识别。PEPR1 是一个植物伤信号受体，它能够物体内产生的、具有抗真菌活性的抗菌肽 AtPEP1 以激活免疫反应(Yamag2006)。类受体激酶 Theseus 也被发现在参与调控细胞伸长的同时涉及到了疫反应的激活行为。Theseus 有维持细胞完整性的功效，在细胞受损时，它生伤信号引起免疫反应(Hematy et al 2008; Hematy et al 2007)。由于 PAMPs 的保守且为众多病原菌生存所必需且共通的特性，植物PAMPs 后，会产生相对广谱和持久的抗菌能力，对众多病原菌产生水平抗性（(Dodds et al 2010)。
病原菌进化产生新的效应子以促进入侵，避开宿主原有的 R 基因识别模式；植物本身也会进化出新的 R 基因以识别新的效应子，达到维护自身的目的。因长久的植物与病原菌进化历程中，二者协作维持了一个 和谐 的关系，此用 zigzag 模式进行阐释（图 1.2）(Jones et al 2006)。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 林玲;张昕;邓晟;;棉花黄萎病研究进展[J];棉花学报;2014年03期
2 白宇杰;马华升;王火旭;阮松林;;植物细胞亲环素研究进展[J];植物生理学通讯;2010年09期
3 潘克厚;马晓磊;石娟;;亲环素的研究进展与展望[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2008年03期
相关博士学位论文 前3条
1 李超;棉花GbWRKY1在植物发育及防御反应中的功能分析[D];华中农业大学;2014年
2 徐理;棉花与黄萎病菌的分子互作机制研究及GbWRKY1基因的功能鉴定[D];华中农业大学;2011年
3 陈捷胤;海岛棉LRR-TM类抗病基因GbaVd1和GbaVd2的克隆与功能研究[D];中国农业科学院;2010年
相关硕士学位论文 前1条
1 刘琳琳;番茄Vel基因在棉花中的功能验证[D];华中农业大学;2013年
本文编号：2719840
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