蔓菁CDPK与Rboh信号通路抗病机理的研究及抗病品种的筛选

发布时间：2020-10-13 06:24

　　钙离子是植物普遍存在的第二信使,在植物生长发育、调控次生代谢以及适应周围环境中起着非常重要的作用。而CDPKs是一种钙传感蛋白,既有钙离子效应器结构又有蛋白激酶效应器结构域,因此既是受体蛋白又具有酶的活性。CDPK的功能研究较多,在植物的生长发育、响应生物和非生物胁迫中起着重要的调控作用。蔓菁是十字花科芸薹属两年生草本植物,是青藏高原的传统作物。青藏高原辐射强烈、温度低等特点导致蔓菁在青藏高原耐低温、抗紫外、病虫害少。然而当蔓菁种植在低海拔时,植物病虫害严重。因此,研究蔓菁抗病机理至关重要。本文以蔓菁为研究对象,结合不同抗性品种,通过生理生化和转录组学的方法展开蔓菁CDPK基因家族系统发育分析;蔓菁不同抗性品种的筛选;CDPKs在蔓菁抗白粉菌中的作用等研究,结果如下:(1)蔓菁CDPK基因家族系统发育分析在本研究中,找到了55个蔓菁CDPK基因,并构建系统发育树将其分为四个亚家族。染色体定位表明蔓菁CDPK家族是通过片段重复和基因组重组来扩张。另外,基因表达图谱显示不同的CDPK基因在特定的组织和发育阶段特异性表达。转录水平分析表明蔓菁CDPK基因参与了生物和非生物胁迫并且同源基因发生了功能分化。此外,在蔓菁中找到了15个Rboh基因;酵母双杂的结果显示BrrRbohD1与BrrCDPK10互作,BrrRbohD2与BrrCDPK4/7/9/10/17/22/23互作。我们推测蔓菁可能通过激活CDPK基因来调控RbohD1/2的活性,从而诱导活性氧的积累以及气孔的关闭,进而阻止了pst DC3000的进一步侵染。(2)蔓菁不同抗性品种的筛选在同质园实验中,不同品种蔓菁对白粉菌抗性存在差异,其中B03容易感染白粉病,而B14不易感染白粉病。因此,我们将这两个品种作为感病和抗病的候选品种。首先根据形态学及分子生物学手段对植株上的白粉进行了鉴定,为白粉菌科(Erysiphaceae)白粉菌属(Erysiphe)的十字花科白粉菌(Erysiphe cruciferarum)。然后对两个品种的三个不同时期的样品进行了生理生化以及植物激素检测分析。结果表明B03会积累较多的活性氧,而B14具有更强的清除活性氧的能力。我们推测B03产生的过多的活性氧可能对植物造成了二次伤害。植物激素结果显示,B03中与植物防御密切相关的SA、JA和ET三种激素没有显著变化,而B14中三种激素呈现显著上调的趋势。因此,植物激素参与病原菌的防御过程可能是B14抗病的因素之一。(3)CDPKs在蔓菁抗白粉菌中的表达量分析为了进一步解析蔓菁抗病的分子机理,本研究以蔓菁感病品种B03、抗病品种B14为研究材料,利用转录组测序手段分析了两个品种中的CDPKs在不同的接种时间的表达差异。结果表明蔓菁CDPKs和RbohD基因在B03和B14中的表达存在差异,其中28个CDPK基因在B14中的起始值高于B03,两者有28个共同上调的基因,B03和B14分别有8个和15个特有的上调基因。RbohD在B03中没有显著上调的趋势,而在B14中显著上调。进一步分析发现,在B03特有的上调基因中没有与RbohD互作的CDPK基因,而B14中却有5个互作基因。因此,我们推测蔓菁可能通过激活CDPKs调控RbohD积累活性氧抑制病原菌,B14还能通过抗氧化系统维持植物体内活性氧的平衡从而有效控制白粉菌的侵染,因此,具有更强的抗病性。
【学位单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S432.23
【部分图文】：