乙烯在棉花与黄萎病菌互作中的作用研究

发布时间：2020-10-16 14:33

　　 黄萎病给我国棉花生产带来了严重的威胁。落叶型黄萎病菌能导致棉花迅速落叶,因而造成更为严重的棉花减产和品质下降。抑制发病棉株落叶是一种增强棉花对黄萎病耐性,减少产量损失的有效方式。乙烯可以促进植物衰老、成熟和离层形成并导致脱落。本研究探讨了乙烯信号路径在棉花与黄萎病菌互作中的作用,取得的主要结果如下:1.接种落叶型黄萎病菌‘V991’第7天、9天和11天时,棉株的乙烯产生量明显升高,达到119.49μl/kg、126.82μl/kg和148.83μl/kg,显著高于接种非落叶型黄萎病菌‘1cd3-2’棉株的乙烯产生量,分别达到1.60、1.33和1.51倍。接菌时外施0.5μg/ml、2.5μg/ml和12.5μg/ml乙烯利可以加重棉株发病,相对于水处理对照在接种‘V991’第16天时病指增加18%-23%。2.分离到参与棉花乙烯合成的基因家族Gh ACOs。利用基因家族的保守序列构建VIGS载体以抑制棉花Gh ACOs的表达。研究发现接种‘V991’7天时抑制Gh ACOs表达的棉株乙烯生成量显著下降。分离到棉花乙烯信号路径的正调控基因Gh EIN2s并根据基因家族的保守序列构建了VIGS载体。研究发现利用VIGS抑制Gh EIN2s的表达可降低‘V991’接种棉株后导致的落叶,增强棉株对黄萎病的抗性。3.构建了拟南芥乙烯信号路径负调控基因At CTR1的超量表达载体并转化棉花。研究发现超量表达At CTR1可以削弱棉株对乙烯的敏感性。且超量表达At CTR1的棉花材料增强了对黄萎病的抗性,减少了发病过程中的落叶率。4.细胞学检测发现接种‘V991’后可诱导棉株叶柄离层的形成。而超量表达At CTR1可以减缓棉株叶柄离层的形成;基因表达分析发现接种‘V991’导致的棉株落叶与离层形成相关基因,如Gh BXL1等基因的表达有关,但超量表达At CTR1后抑制这些基因的表达。以上结果表明黄萎病菌可诱导棉花乙烯的合成,并激活叶柄离层形成相关基因的表达促进落叶。在抑制棉花乙烯信号路径后可显著降低接种强致病力落叶型黄萎病菌导致的棉花落叶,显著提高棉花对黄萎病的耐性。以上研究结果为通过调控棉花乙烯合成或信号路径防控黄萎病的发生或降低黄萎病的危害提供了理论基础和技术支持。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S435.62
【部分图文】：

华中农业大学 2018 届硕士研究生学位论文4图1.1 植物乙烯信号路径(李等 2013)Fig. 1.1 Ethylene signaling pathway of plant (Li et al 2013)1.2.2 微生物中乙烯合成途径部分微生物也能够自主的合成乙烯。微生物中至今共发现了 3 种合成乙烯的方式。大多数真菌和部分细菌主要通过 KMBA 途径合成乙烯，即以甲硫氨酸为前体，通过转氨反应生成 2-酮-4-甲基硫代丁酸（KMBA），KMBA 经氧化生成乙烯(Qadir etal 2011)；丁香假单胞杆菌等大多数细菌和青霉菌通过 EFE 途径合成乙烯，即以谷氨酸为前体，经脱氨反应生成 α-酮戊二酸，在乙烯合成酶（EFE）催化下生成乙烯(Nagahama et al 1991; Young et al 1951)；而只有黏土菌通过和植物相似的 ACC 途径合成乙烯(Amagai and Maeda 1992)。

华中农业大学 2018 届硕士研究生学位论文20图3.1 不同类型黄萎病菌接种棉株后的表型及乙烯产生量的测定。A. ‘V991’和‘1cd3-2’接种‘YZ1’后17天的表型。B. ‘V991’和‘1cd3-2’接种‘YZ1’第10天和13天的病指统计(n=20)。C. ‘V991’和‘1cd3-2’接种‘YZ1’第10天和13天的落叶率统计。D. ‘V991’和‘1cd3-2’接种‘YZ1’ 第0、3、7、9和11天乙烯产生量的测定。标准误差为计算2次生物学重复所得(*P<0.05, ** P<0.01, t-test)。Fig. 3.1 Phenotype and determination of ethylene production of cotton afterinoculated with different Verticillium dahliae. A. Thephenotypeof‘YZ1’inoculatedwith‘V991’and‘1cd3-2’ 17 days after inoculated with V. dahliae.. B. The disease index 10 days and 13 days after inoculated with V.dahliae (n=20). C. The defoliation rate 10 days and 13 days after inoculated with V. dahliae D. Measurement ofethylene production 0, 3, 7, 9 and 11 days after inoculated with V. dahliae. The values were presented as the means andthe bars indicate the standard deviations of two samples (*P<0.05, ** P<0.01, t-test)

以喷施清水处理（0 μg/ml）作为对照，每种浓度的乙烯利喷施100 ml，喷施后密闭2小时。与对照相比，3种浓度的乙烯利均能降低棉花对黄萎病菌的抗性（图3.2A）。在接菌12、14和16天时，清水处理棉株的病指均低于乙烯利处理棉株的病指（图3.2B）。表明接种黄萎病菌后早期产生的乙烯可能有利于黄萎病菌的侵入导致棉株表现为更加感病。图3.2 外源喷施乙烯利降低棉花对黄萎病的抗性。A. 接菌第12天的表型。B. 接菌后12天的病指统计(n=16)。Fig. 3.2 Exogenous treatment of ethephon impairs cotton resistance to V. dahliae. A.The phenotype 12 days after inoculated with V. dahliae. B. The disease index after inoculated with V. dahliae (n=16).3.3 接种‘V991’后乙烯的产生来源于棉株本研究在茎杆乙烯产生量的测定结果中发现，接菌第 7 天时，接种‘V991’的棉株茎乙烯产生量相对于接水和接种‘1cd3-2’的棉株茎乙烯产生量有较为明显的升高（图 3.1D）。由于黄萎病菌也能产生乙烯，在接菌第 7 天时，黄萎病菌已经侵入到维管束中，所以这时产生的乙烯有可能来自棉花，也有可能来源于黄萎病菌。为了探究乙烯的来源，本研究测定了抑制乙烯合成的棉株接菌后的乙烯生成量。其假设如下：其一
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本文编号：2843384