小麦赤霉病抗性位点Fhb1与籽粒抗性及毒素积累的关系解析

发布时间：2020-07-29 23:13

【摘要】：小麦赤霉病是由禾谷镰刀菌引起的一种世界性病害,赤霉病抗性类型主要分为抗侵染、抗扩展、籽粒抗性和抗毒素积累。其中,研究最多的是扩展抗性,研究最少的是籽粒抗性,而现有评价籽粒抗性的方法是以籽粒感染率(FDK)为衡量指标,FDK是间接度量扩展抗性的方法,而非籽粒本身的抗性。籽粒抗性顾名思义是籽粒本身对病原菌的抗性,即待评价籽粒在适宜病原菌侵染的环境中(如适宜的温湿度)且所有籽粒有均等机会接触病原菌条件下,籽粒本身对病原菌侵染表现出的抗性。Fhb1是赤霉病扩展抗性中最主要且稳定的抗性位点,为了解析Fhb1是否同时介导籽粒抗性,我们以Fhb1的抗、感近等基因系为主要材料,通过活体和离体试验,从籽粒表观到籽粒内部,研究Fhb1对籽粒抗性的效应;同时,为了明确不同穗部组织与DON产生的关系,我们将小麦穗部不同组织分离,在离体条件下研究不同组织对毒素积累的效应,解析不同组织对病原菌关键产毒基因Tri的表达的影响。为了解析病小穗率和DON之间的关系,我们以30份赤霉病抗感存在明显差异的品种(系)为材料,在不同接种方法下研究病小穗率(PSS)和DON的关系,并筛选出“双低”种质。主要结果如下:不同发育阶段对小麦穗子的每一个小花接种后,每个小花的颖壳均发白,且千粒重的变化主要是由粒宽的变化引起的,并且在抗感近等基因系间,S22V千粒重的变化较R22W小,Ning7840千粒重的变化较Clark小;接种赤霉菌后抗病近等基因系R22W籽粒淀粉体降解情况较同一发育阶段的感病等基因系S22V严重;扫描电镜的结果表明,携带Fhb1的抗病品种Ning7840、不携带Fhb1的抗病品种HYZ、以及Fhb1的感病近等基因系S22V的籽粒抵抗菌丝侵染能力较好;抗感近等基因系籽粒在离体条件下对于菌丝生长的诱导能力也没有显著差异。同时,我们建立了一种综合评价籽粒抗性的方法,发现不同品种的籽粒抗侵染能力存在差异,但Fhb1并不能介导籽粒抗性。该研究结果对解析籽粒抗性的机制具有重要的参考价值,进一步丰富了对Fhb1位点功能的认知。将小麦穗部不同组织分离成穗轴、颖壳和籽粒,在离体条件下研究不同组织对于菌丝生长及产毒的影响,发现颖壳能够抑制菌丝的生长,穗轴和籽粒诱导菌丝的生长。发育早期的穗轴、籽粒、颖壳均不能诱导DON产生,但是发育中后期的籽粒对于DON具有较强的诱导能力,而且R22W的诱导能力比S22V强。此外,Tri基因的表达受穗部组织影响,有一定的时空特异性。该研究结果对于解析DON的产生机制以及Fhb1与DON的关系具有重要意义。利用双花滴注法和基部穗轴注射两种接种方法研究PSS和DON之间的关系,发现PSS与DON总体上呈显著正相关,但是有部分材料表现不一致。在穗轴注射方法下,部分抗病材料的小穗没有出现病症,即病小穗率为0,但籽粒中检测到DON积累,推测DON能够在穗轴中产生。综合两种接种方法下的PSS和DON,筛选病小穗率和DON含量均较低的“双低”品种,明确 TOKAI66、BSYH、Ning7840、NyuBai、HCD、Chokwang、以及Tawanhsiaomai的总体抗性优于Sumai3,TOKAI66的病小穗率和籽粒DON含量最低,该研究对赤霉病和毒素抗性改良具有重要意义。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.121.45
【图文】：

化学结构

但ＤＯＮ对农产品的污染水平远高于其它真菌毒素［３Ｑ］。ＤＯＮ为ＮＩＶ的脱氧衍生逡逑物，其化学名称为３，７，１５－三羟基－１２，１３－环氧单端孢霉－９－烯－８－酮；００＞４的分子式为（：１５吐（）0６，逡逑相对分子质量为２９６，结构式如图１所示；ＤＯＮ是一种无色针状结晶，熔点为１５１－１５３°Ｃ，逡逑耐热性好，可溶于水和极性溶剂，耐酸性强ＤＯＮ耐贮藏能力也较强，病粒经过多年贮逡逑藏，ＤＯＮ的毒性也不会降低。逡逑ＤＯＮ分子的３个自由羟基及Ｃ１２／Ｃ１３邋（图１）上的环氧基团与其毒性密切相关［３２】。只逡逑要感染赤霉病，籽粒中就会积累ＤＯＮ等毒素，食用后可引起人畜呕吐和中毒。而且，经逡逑过普通的食品加工，ＤＯＮ的毒性仍然存在。为了保护人类不受毒素的危害，许多国家都出逡逑台了相关政策来限制食品当中的ＤＯＮ含量。欧盟规定，在未加工的面包小麦中的最大允逡逑许ＤＯＮ含量为１．２５ｐｐｍ，面包中为０．５ｐｐｍ，婴儿食品中为０．２ｐｐｍ［３３］。在中国，谷物及其逡逑副产品中的ＤＯＮ含量须少于ｌＰｐｍＰ］。美国食品药品委员会规定食用面粉中该毒素的含量逡逑

基序,单端,烯族毒素

因进行了全面且深入的研宄。在禾谷镰刀菌中，编码与ＤＯＮ生物合成相关的酶和直接调逡逑控蛋白的丨５个基因分别位于不同染色体上的三个不同位点：①编码３－０－乙＿基转移酶的逡逑７Ｗ谢基因族；②７ｈ７－７）７７６基因簇；③７Ｈ核心基因簇（图２）逦单端孢酶烯族毒素具逡逑有法尼基焦枺酸（ＦＰＰ，ｆａｒｎｅｓｙｌ邋ｐｙｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ）合成的骨架［３９）。ＦＰＰ是固醇、辅酶Ｑ、多蔽逡逑醇等多种化合物的中间代谢物，由异戊二烯焦磷酸缩合而成（４Ｇ］。７Ｗ５编码的单端孢酶二烯逡逑合成酶催化反法尼基焦磷酸（ｔＦＰＰ，邋ｔｒａｎｓ－Ｆａｒｎｅｓｙｌ邋ｐｙｒｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ）环化得到单端孢酶二稀，逡逑这是单端孢酶烯族毒素生物合成的第一步［４｜］。单端孢酶二烯是开始合成单端孢酶烯的前体逡逑物质，它再经过一系列的反应形成较为复杂的不同结构的单端孢酶烯族毒素（图３）逡逑－＇Ｉ＃．丨＿丨丨丨丨丨丨邋＜丨ＩＩ丨丨丨丨丨？．．．．．．置灄１．．．．．．．．．ｌ＿ＩＭ命丨丨丨丨丨丨丨丨逡逑？邋？邋Ｇ／ＣＰｙＯＧＧＧ邋？邋ＣｒｃＡ邋ｂｉｎｄｉｎｇ邋ｍｏｔｉｆ逦ｖ邋ｍ邋ＨＧＡＴＡＲ邋ｎ邋ＡＲＥＡ邋ｂｉｎｄｉｎｇ邋ｍｏｔｉｆｉ逡逑＾邋ｈ邋ＴＧＡＣＴＡＡ邋？邋Ｙａｐ＼邋ｂｉｎｄｉｎｇ邋ｍｏｔｉｆ＊逦ｖ邋？邋ＧＣＣＡＲＧ邋？邋Ｐ＊ｃｌ邋ｂｉｎｄｉｎｇ邋ｍｃｒｔｉｆｆ逡逑图２邋７Ｗ核心基因簇基序逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２邋Ｔｈｅ邋ｍｏｔｉｆｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｃｏｒｅ邋Ｔｒｉ邋ｃｌｕｓｔｅｒ逡逑

小麦穗,子表,赤霉菌,穗粗

们可以从表型看出接种成功。此外，在携带的抗病品种（系）与不携带抑６／的感病逡逑品种（系）间，不同发育阶段均能接种成功，而且接种穗子与不接种穗子（对照）相比，逡逑接种穗子由于感染赤霉菌，穗粗均小于对照（图４）。逡逑Ｆｇ－Ｉ邋ＣＫ邋Ｆｇ－Ｉ邋ＣＫ邋Ｆｇ－Ｉ邋Ｃ＇Ｋ逦Ｆｇ－Ｉ邋ＣＫ邋Ｆｇ－Ｉ邋ＣＫ邋Ｆｇ－Ｉ邋ＣＫ逡逑ＢＢＭｎｗｒｏ逡逑■■逡逑图４不同材料在不同发育阶段接种后小麦穗子表型差异逡逑Ｆｇ－１：接种；ＣＫ：对照逡逑Ａ１－Ａ３：邋Ｒ２２Ｗ花后５天、花后１０天、花后１５天接种，均为接种后１５天取样；逡逑Ｂ１－Ｂ３：邋Ｓ２２Ｖ花后５天、花后１０天、花后１５天接种，均为接种后１５天取样；逡逑Ｃ１－Ｃ３：邋Ｎｉｎｇ７８４０花后５天、花后１０天、花后１５天接种，均为接种后１５天取样；逡逑Ｄ１－Ｄ３：邋Ｃｌａｒｋ花后５天、花后１０天、花后１５天接种，均为接种后１５天取样。逡逑

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