玉米穗腐病抗性基因的挖掘

发布时间：2020-08-15 09:41

【摘要】：玉米穗腐病是发生在全球范围内的一类玉米病害,目前,玉米育种上应用的大多数自交系普遍缺乏对穗腐病的抗性。近年来,随着玉米穗腐病发生频率的提高,对玉米穗腐病抗性位点的定位分析越来越多,但大多针对的是拟轮枝镰刀菌,定位到的一些穗腐病抗性位点效应较小。本课题针对玉米穗腐病的两种优势致病菌(拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌),依次对穗腐病的田间接种方法,抗源鉴定,抗性基因挖掘开展相关研究。结果如下:1.通过对采用不同方法进行人工接种拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌的致病效果的比较。结果表明,采用玉米孢子液和绿豆孢子液接菌的玉米穗腐病发病效果优于其他接菌方法的发病效果。2.对44个不同来源的玉米自交系,连续两年分别人工接种拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌,对其抗性进行鉴定。结果表明,塘四平头群的自交系发病最重,旅大红骨群的自交系发病最轻,瑞德群、兰卡斯特和农家品种群内的自交系之间抗性差异较大。其中,玉米自交系法A和掖81162分别对拟轮枝镰孢和禾谷镰孢均表现为高抗和高感,将用于进一步试验。3.对玉米穗腐病的抗病自交系法A和感病自交系掖81162的转录水平进行了差异表达基因分析,GO和KEGG分析结果显示,抗性反应涉及通路包括对病原体识别和感知、信号传导和防御、以及由WRKY转录因子和茉莉酮酸/乙烯介导的防御反应等。4.本课题组利用不同来源的527份材料为参考群体,通过分别人工接种拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌的方法,对玉米穗腐病抗性进行了全基因组关联分析。结果共检测到13个与拟轮枝镰刀菌穗腐病抗性显著相关的SNP和95个与禾谷镰刀菌穗腐病抗性显著相关的SNP。关联位点所在基因涉及激酶、生长素合成、植物防御素和转录因子等。5.转录组和全基因组联合分析结果显示,拟轮枝镰刀菌引起的玉米穗腐病,转录组测序得到的差异表达基因中有1个与关联分析中关联到的位点一致,该基因编码基膜内在蛋白。而禾谷镰刀菌引起的玉米穗腐病,差异表达基因中有13个与关联分析中关联到的位点一致,其中有7个位点编码功能蛋白,6个位点和酶类合成有关,1个编码增殖细胞核抗原。综上所述,本课题组初步挖掘到一些对拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌具有抗性的特异性候选基因,但是玉米穗腐病抗性基因的精细位点还有待更深入的研究。本研究为抗性基因的挖掘、克隆和抗病机理的解析提供重要参考。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S435.131.4
【图文】：

东北师范大学硕士学位论文引发病害[61]。此外，系统性侵染途径认为土壤带菌、种子内部或表面带菌导致幼苗侵染，从根传播到茎，再传播到穗轴，再扩散到籽粒，最终导致籽粒发病[62]。由于引起该玉米病害的病原菌不单一，所以玉米穗腐病在田间的发病特也存在一定程度的差异。本文着重介绍两类常见的致病菌（拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌）引起的玉米穗腐病的发病症状。由拟轮枝镰刀菌引发的穗腐病籽粒皱缩、不饱满、无光泽，籽粒的表面有白色霉层，病粒质脆，内部空虚，易破碎，发病果穗苞叶上也有菌丝体附着，和果穗粘连在一起，不易剥离。而由禾谷镰刀菌引起的穗腐病病穗的苞叶与果穗粘连在一起，果穗顶部变为粉红色，籽粒间生有红色至灰白色菌丝。（图 1.1）。

东北师范大学硕士学位论文11种中的关键科学问题，进行了相关的研究，具体的技术路线如下图所示（图1.2）。首先，对玉米穗腐病的接种方法进行了比较筛选，以期为玉米穗腐病抗性的大规模鉴定筛选出稳定、简便、易行、准确的田间人工接种方法。另外，在此基础上，本课题组对吉林省农业科学院玉米研究所提供的44份玉米自交系进行了玉米穗腐病的抗性鉴定，筛选到了同时对拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌引起的穗腐病表现高抗的自交系法A和高感的自交系掖81162，同时将这两个自交系进行了玉米穗腐病抗性的转录组测序分析，获得了两个自交系在接菌前后的差异表达基因。同时对527份来源丰富的玉米自交系进行了拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌穗腐病的抗性鉴定，然后结合基因型数据进行了玉米抗拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌穗腐病抗性的全基因组关联分析，初步确定候选基因。图 1.2 技术路线图Fig. 1.2 Technical roadmap

3.1.1 病原菌的初培养为了扩繁大量的病原菌，供抗性鉴定的田间接种所需。将两种优势病原菌（Fv和Fg）接种到PDA固体培养基上。病原菌的培养情况如图3.1所示，可以看出拟轮枝镰刀菌和禾谷镰刀菌在PDA平板上生长状况良好。培养第3d后再观察，发现菌丝的扩散面积超过平板面积的1/2。第7d的时候，菌丝已布满整个平板。病原菌在培养的过程中有色素的分泌，拟轮枝镰刀菌分泌紫黑色色素，禾谷镰刀菌分泌红色色素。图 3.1 病原菌初培养Fig. 3.1 Primary culture of pathogens注：图中展示了两种优势病原菌初培养 0d、3d、7d 的生长状况，图 3.1A 为拟轮枝镰刀菌，图 3.1B 为禾谷镰刀菌3.1.2 不同方法接种拟轮枝镰刀菌的抗性鉴定结果为了从拟定的6接种方法（玉米孢子液、绿豆孢子液、单牙签、双牙签、带菌玉米粒、伤口-带菌玉米粒）中，筛选出适合田间大规模接种拟轮枝镰刀菌的方法。在玉米果穗吐丝10d后

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本文编号：2793941