GhMAPK和GhMAPKK在棉花应答链格孢抗性中的作用

发布时间：2020-11-06 08:55

　　 早衰对棉花生产危害严重。链格孢菌侵染是导致棉花早衰发生的关键成因之一。为此,发掘和利用棉花对链格孢的抗性是防控棉花早衰的重要途径。促分裂原活化蛋白激酶(Mitogenactivated protein kinases,MAPK)级联途径是一种重要的信号传导系统,在植物响应各种生物和非生物胁迫的过程中起重要作用。为了揭示棉花对链格孢抗性产生的信号传导机制,本文利用已公布的陆地棉全基因组信息,筛选陆地棉MAPK和MAPKK家族的全部基因,对其进行了多序列比对和系统进化分析,并利用病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)鉴定了这些基因在棉花抗链格孢中的作用。主要研究结果如下:1.依据陆地棉全基因组中的基因注释信息以及多序列比对结果,筛选出了53个GhMAPK基因和24个GhMAPKK基因,并依据其同源的拟南芥MAPK和MAPKK对它们进行了命名。蛋白序列比对结果显示,大部分GhMAPK含有植物MAPK特有的T-X-Y基序,仅在Gh_A07G1299(GhMAPK4-3),Gh_D07G1410(GhMAPK4-8)和Gh_A10G2117(GhMAPK17-1)这三个基因中TX-Y变为了T-X-C;大部分的GhMAPKK含有植物MAPKK特有的保守基序D(I/L/V)K和磷酸化位点S/T-XXXXX-S/T,仅在Gh_D07G0094(GhMAPKK6-2)和Gh_A07G0085(GhMAPKK6-4)中HIK代替了DIK,在Gh_A01G1308(GhMAPKK7-1)和Gh_D01G1562(GhMAPKK7-2)中SXXXXX-N代替了S-XXXXX-S/T。与AtMAPK和AtMAPKK一起构建的系统进化树显示,GhMAPK和GhMAPKK家族的所有基因能够分别聚到AtMAPK和AtMAPKK的A、B、C、D四个族中。2.构建GhMAPK和GhMAPKK基因的沉默载体,利用VIGS技术研究GhMAPK和GhMAPKK是否参与棉花对链格孢的抗性调控。结果发现,GhMAPK中的GhMAPK3、GhMAPK7、GhMAPK9、GhMAPK19以及GhMAPKK中的GhMAPKK2、GhMAPKK3、GhMAPKK9基因沉默后,沉默棉花植株的抗病性明显降低,病情指数显著高于野生型对照和空载体对照(P0.05),表明这些基因正调控棉花对链格孢的抗性。3.对于筛选出的正调控棉花对链格孢抗性的4种GhMAPK和3种GhMAPKK,进一步利用靶向性沉默策略,研究它们之中各同源基因对链格孢抗性的调控作用。结果显示,正调控棉花对链格孢的抗性的同源基因有:GhMAPK3中的GhMAPK3b(GhMAPK3-2,GhMAPK3-4);GhMAPK7中的GhMAPK7b(GhMAPK7-2,GhMAPK7-5)和GhMAPK7c(GhMAPK7-3,GhMAPK7-6);GhMAPK9中的GhMAPK9a(GhMAPK9-1,GhMAPK9-3)和GhMAPK9b(GhMAPK9-2,GhMAPK9-4);GhMAPK19中的GhMAPK19b(GhMAPK19-2,GhMAPK19-5)和GhMAPK19c(GhMAPK19-3,GhMAPK19-6);GhMAPKK2中的GhMAPKK2a(GhMAPKK2-1,GhMAPKK2-4)和GhMAPKK2b(GhMAPKK2-2,GhMAPKK2-5);GhMAPKK9中GhMAPKK9a(GhMAPKK9-1,GhMAPKK9-2);而其他同源基因GhMAPK3a(GhMAPK3-1,GhMAPK3-3),GhMAPK7a(GhMAPK7-1,GhMAPK7-4),GhMAPK7d(GhMAPK7-7),GhMAPK19a(GhMAPK19-1,GhMAPK19-4),GhMAPKK2c(GhMAPKK2-3,GhMAPKK2-6),GhMAPKK9b(GhMAPKK9-3)并不参与调控棉花对链格孢的抗性。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S435.62
【部分图文】：

图 1-1 MAPK 级联系统的信号传导过程 (Danquah, 2014)Fig 1-1 A typical MAPK cascade 级联途径参与植物的生长发育调控 级联途径调控植物气孔发育拟南芥中与发育相关的一种 MAPKKK，拟南芥的 YODA 突变体，气孔分布也与野生型不同；而在拟南芥中过表达 YODA，气al., 2004)。遗传分析表明 YODA -MKK4/5 -MPK3/6 组成一条信号通ang etal., 2007)。还有研究表明，MKK7/9 作为 MPK3/6 的上游激酶mpard et al., 2009)。SPCH 是 AtMPK3/AtMPK6 的底物，这两种 M酸化，又可以负调控 (Lampard et al, 2008)。SPCH 是与气孔发育分生组织母细胞的不均等分裂 (PillitteriAl, 2007)。 级联途径调控植物胞质分裂 MAPK 级联途径参与植物生长发育调控是其在细胞有丝分裂过程中克隆出的第一个 MAPKKK，NPK1 在细胞分裂的 M 期被诱导激

业科学院硕士学位论文 第一章胞中的 RNA 聚合酶利用病毒 RNA 与目的片段 RNA 为模板转录形成大量的 ds 随后在核酸内切酶 Dicer 类似物的作用下被切割成 21~24 nt 左右的 siRNA，这些 si内与 Agronaute1(AGO1) 蛋白等结合形成 RNA 诱导的沉默复合体 (RNA-inducedsex，RISC)，RISC 特异地与细胞质中含有目的片段的 mRNA 互作，引发目的基因的最终导致目的基因沉默，植株表型产生改变 (Brodersen et al., 2008)。

科学院硕士学位论文 第二章陆地棉 MAPK 和 MAPKK 家族基因的筛选与生物信，Gh_A10G2117 (GhMAPK17-1) 中 TDC 代替了 TDY (图 2-1A)，这种 T-X-C 基、玉米等植物中均未发现，可能是棉花所特有的。大部分GhMAPKK基因含有植物必须的保守基序 D (I/L/V) K 和磷酸化所必须的磷酸化位点 S/T-XXXXX-S/7G0094 (GhMAPKK6-2) 和 Gh_A07G0085 (GhMAPKK6-4) 中 HIK 代替了 D1G1562 (GhMAPKK7-1) 和 Gh_A01G1308 (GhMAPKK7-2) 中 S-XXXXX-N 代X-S/T (图 2-1B)。这种保守位点中某个氨基酸出现不同在其他植物中也有报道， MAPKK10 中 (Chen et al., 2012; Wang et al., 2015)。
【参考文献】

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本文编号：2872931