水稻甘油-3-磷酸代谢相关基因对小麦条锈菌非寄主抗性作用的研究
发布时间：2022-01-06 19:35
小麦条锈病是威胁全球小麦生产最重要的病害之一,它是由小麦条锈菌（Puccinia striiformis f.sp tritici）引起的气传真菌病害。目前种植小麦抗病品种是控制该病害最有效、经济以及对环境友好的策略。然而,由于病原菌毒力变异频繁,新的毒性小种不断产生和流行,导致大量抗病品种丧失抗性。因此寻找新的广谱、持久、稳定的抗病性基因对小麦条锈菌的可持续防控具有重要意义。非寄主抗性是植物最普遍的抗病形式,具有广谱持久的特性,不会因为病原菌的变异而丧失抗性。水稻是唯一被大面积栽种而不被锈菌侵染的禾本科作物,水稻对条锈菌的抗性即为非寄主抗性。前期本实验室利用蛋白质组学研究方法鉴定发现水稻接种小麦条锈菌后甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）和甘油激酶（GK）蛋白表达差异显著。因此,本研究为明确甘油-3-磷酸代谢相关基因在水稻对条锈菌非寄主抗性作用,利用qRT-PCR、亚细胞定位等技术进行基因功能分析。借助CRISPR/Cas技术敲除靶基因,获得突变体植株。具体结果如下:（1）利用qRT-PCR分析了G3P代谢相关基因在水稻与条锈菌互作过程中的表达特征,发现3个GAPDH基因Os02g3...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非寄主抗性机制模式（AyliffeMetal.2011）
4水稻甘油-3-磷酸代谢相关基因对小麦条锈菌非寄主抗性作用的研究了植物ETI免疫反应，进而产生过敏性坏死反应，阻止了病原菌在侵染部位进一步入侵和繁殖（图1-2）（Osbourn1996）。图1-2两种非寄主抗性类型模式图（Umaetal.2011）Fig.1-2Twotypesofnon-hostresistancepatterns.1.2.4植物非寄主抗病性的相关基因目前，已经研究发现并克隆获得许多参与非寄主抗性途径的基因，在植物非寄主抗病性中有着重要的角色。而且许多研究表明，一些在植物非寄主抗性中起重要作用的基因在基础抗性反应中也起重要作用（NiksandMarcel2009）。例如，拟南芥PEN1，PEN2和PEN3参与抵抗大麦白粉病菌(Blumeriagraminisf.sphordei,Bgh)对植物表皮的穿透(CollinsNCetal.2003;SteinMetal.2006)。另外，大麦ROR1和ROR2两个基因的缺失突变也能使大麦白粉病菌对叶片的穿透力提高。以上结果说明了植物非寄主抗性反应与基础抗性反应之间紧密相关。拟南芥NHO1是首个鉴定获得的非寄主抗性基因，参与拟南芥对Pseudomonassyringaepv.phaseolicola和Botrytiscinerea等的非寄主病原菌的非特异抗性，同时还受到鞭毛蛋白的诱导表达，因此，认为NHO1是一个广谱抗性的基因（Kangetal.2003）。此外，有相关研究表明，由GLI1/NHO1参与合成的甘油-3-磷酸是拟南芥基础抗性反应的关键调控因子和激发系统获得免疫抗病性（SAR）的信号分子（杨宇衡2014；Chandaetal.2011）。1.3甘油-3-磷酸代谢相关基因甘油-3-磷酸（glycerol-3-phosphate,G3P）不但参与糖酵解及甘油酯生物合成途径，同时也参与植物脂肪酸的生物合成，是原核生物、植物、动物以及人体疾病相关的一种重要代谢物(Kachrooetal.2009；OhlroggeandBrowse1995)。研究
第一章文献综述5结果表明，保持植物体内G3P正常的代谢水平是确保植物抗病防卫相关蛋白稳定性的重要先决条件（Yuetal.2013；杨宇衡2014）。而植物中G3P的水平受到G3P合成与代谢通路中的相关酶调控。例如，拟南芥中甘油-3-磷酸代谢水平的多少主要取决于细胞内甘油醛-3-磷酸脱氢酶和甘油激酶的活性(Shenetal.2006)。图1-3植物细胞糖酵解及卡尔文循环中G3P代谢途径示意图(卢倩等2013)Fig.1-3.Acondensedschemeofglycerol-3-phosphatemetabolisminplants.1.3.1甘油醛-3-磷酸脱氢酶甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase,GAPDH)在真核和原核生物体中普遍存在，一直被认为是一类“持家”基因。在高等植物中，GAPDH可被分为磷酸化和非磷酸化两大类，前者根据其亚细胞定位的不同又可分为GAPC、GAPCp和GAPA/B三种类型的同工型（卢倩等2013）。GAPC存在于细胞质中，以NAD+和无机磷酸盐为底物，将甘油醛-3-磷酸催化氧化生成1,3-二磷酸甘油醛(1,3-diphosphoglyceraldehyde,BPGA)，同时生成ATP和NADH，为生命活动提供能量；GAPCp主要定位于非绿色质体中，以NAD+为底物，与磷酸甘油酸激酶（PGK）共同催化反应形成G3P和ATP；GAPA/B是在叶绿体的光合作用中同化CO2的卡尔文循环中扮演重要角色；非磷酸化的甘油醛-3-磷酸脱氢酶在细胞质中将甘油醛-3-磷酸催化氧化为3-磷酸甘油酸（图1-3）(卢倩等2013；Petersenetal.2003)。近年来实验证明，GAPDH不仅参与糖酵解、糖异生和卡尔文循环,而且还参与许多其他生理生化反应中。例如，研究发现，GAPDH具有膜融合活性，当GAPDH的活性降低，可观察到细胞有丝分裂后期的核膜组装过程也明显受阻(Nakagawaetal.2003)；还有研究表明GAPDH结合小G蛋白Rab2，可以调控膜
【参考文献】：
期刊论文
[1]稻瘟病菌中甘油激酶基因在碳源代谢途径中的功能分析[J]. 樊改丽,赵敖,陈理彬,杨婕,鲁国东. 基因组学与应用生物学. 2016(10)
[2]CRISPR/Cas系统:RNA靶向的基因组定向编辑新技术[J]. 李君,张毅,陈坤玲,单奇伟,王延鹏,梁振,高彩霞. 遗传. 2013(11)
[3]植物甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用机制的研究进展[J]. 卢倩,弭晓菊,崔继哲. 生物技术通报. 2013(08)
[4]CRISPR-Cas系统与细菌和噬菌体的共进化[J]. 李铁民,杜波. 遗传. 2011(03)
[5]植物非寄主抗性研究进展[J]. 陈红霖,王义琴,储成才,李平. 遗传. 2008(08)
[6]我国小麦品种抗条锈性丧失原因及其解决途径[J]. 李振岐. 中国农业科学. 1980(03)
博士论文
[1]水稻—小麦条锈菌互作研究及G3P在小麦SAR中的功能研究[D]. 杨宇衡.西北农林科技大学 2014
[2]水稻对小麦叶锈菌的非寄主抗性研究及条锈菌侵染的小麦叶片蛋白质组学分析[D]. 李红兵.西北农林科技大学 2011
硕士论文
[1]水稻抽穗基因Hd1的CRISPR/Cas9载体构建及结果分析[D]. 王兰.四川农业大学 2015
[2]水稻对小麦条锈菌非寄主抗性的遗传分析及小麦TaMPK6基因的克隆和功能分析[D]. 邢慧君.西北农林科技大学 2013
本文编号：3573046
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非寄主抗性机制模式（AyliffeMetal.2011）
4水稻甘油-3-磷酸代谢相关基因对小麦条锈菌非寄主抗性作用的研究了植物ETI免疫反应，进而产生过敏性坏死反应，阻止了病原菌在侵染部位进一步入侵和繁殖（图1-2）（Osbourn1996）。图1-2两种非寄主抗性类型模式图（Umaetal.2011）Fig.1-2Twotypesofnon-hostresistancepatterns.1.2.4植物非寄主抗病性的相关基因目前，已经研究发现并克隆获得许多参与非寄主抗性途径的基因，在植物非寄主抗病性中有着重要的角色。而且许多研究表明，一些在植物非寄主抗性中起重要作用的基因在基础抗性反应中也起重要作用（NiksandMarcel2009）。例如，拟南芥PEN1，PEN2和PEN3参与抵抗大麦白粉病菌(Blumeriagraminisf.sphordei,Bgh)对植物表皮的穿透(CollinsNCetal.2003;SteinMetal.2006)。另外，大麦ROR1和ROR2两个基因的缺失突变也能使大麦白粉病菌对叶片的穿透力提高。以上结果说明了植物非寄主抗性反应与基础抗性反应之间紧密相关。拟南芥NHO1是首个鉴定获得的非寄主抗性基因，参与拟南芥对Pseudomonassyringaepv.phaseolicola和Botrytiscinerea等的非寄主病原菌的非特异抗性，同时还受到鞭毛蛋白的诱导表达，因此，认为NHO1是一个广谱抗性的基因（Kangetal.2003）。此外，有相关研究表明，由GLI1/NHO1参与合成的甘油-3-磷酸是拟南芥基础抗性反应的关键调控因子和激发系统获得免疫抗病性（SAR）的信号分子（杨宇衡2014；Chandaetal.2011）。1.3甘油-3-磷酸代谢相关基因甘油-3-磷酸（glycerol-3-phosphate,G3P）不但参与糖酵解及甘油酯生物合成途径，同时也参与植物脂肪酸的生物合成，是原核生物、植物、动物以及人体疾病相关的一种重要代谢物(Kachrooetal.2009；OhlroggeandBrowse1995)。研究
第一章文献综述5结果表明，保持植物体内G3P正常的代谢水平是确保植物抗病防卫相关蛋白稳定性的重要先决条件（Yuetal.2013；杨宇衡2014）。而植物中G3P的水平受到G3P合成与代谢通路中的相关酶调控。例如，拟南芥中甘油-3-磷酸代谢水平的多少主要取决于细胞内甘油醛-3-磷酸脱氢酶和甘油激酶的活性(Shenetal.2006)。图1-3植物细胞糖酵解及卡尔文循环中G3P代谢途径示意图(卢倩等2013)Fig.1-3.Acondensedschemeofglycerol-3-phosphatemetabolisminplants.1.3.1甘油醛-3-磷酸脱氢酶甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase,GAPDH)在真核和原核生物体中普遍存在，一直被认为是一类“持家”基因。在高等植物中，GAPDH可被分为磷酸化和非磷酸化两大类，前者根据其亚细胞定位的不同又可分为GAPC、GAPCp和GAPA/B三种类型的同工型（卢倩等2013）。GAPC存在于细胞质中，以NAD+和无机磷酸盐为底物，将甘油醛-3-磷酸催化氧化生成1,3-二磷酸甘油醛(1,3-diphosphoglyceraldehyde,BPGA)，同时生成ATP和NADH，为生命活动提供能量；GAPCp主要定位于非绿色质体中，以NAD+为底物，与磷酸甘油酸激酶（PGK）共同催化反应形成G3P和ATP；GAPA/B是在叶绿体的光合作用中同化CO2的卡尔文循环中扮演重要角色；非磷酸化的甘油醛-3-磷酸脱氢酶在细胞质中将甘油醛-3-磷酸催化氧化为3-磷酸甘油酸（图1-3）(卢倩等2013；Petersenetal.2003)。近年来实验证明，GAPDH不仅参与糖酵解、糖异生和卡尔文循环,而且还参与许多其他生理生化反应中。例如，研究发现，GAPDH具有膜融合活性，当GAPDH的活性降低，可观察到细胞有丝分裂后期的核膜组装过程也明显受阻(Nakagawaetal.2003)；还有研究表明GAPDH结合小G蛋白Rab2，可以调控膜
【参考文献】：
期刊论文
[1]稻瘟病菌中甘油激酶基因在碳源代谢途径中的功能分析[J]. 樊改丽,赵敖,陈理彬,杨婕,鲁国东. 基因组学与应用生物学. 2016(10)
[2]CRISPR/Cas系统:RNA靶向的基因组定向编辑新技术[J]. 李君,张毅,陈坤玲,单奇伟,王延鹏,梁振,高彩霞. 遗传. 2013(11)
[3]植物甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用机制的研究进展[J]. 卢倩,弭晓菊,崔继哲. 生物技术通报. 2013(08)
[4]CRISPR-Cas系统与细菌和噬菌体的共进化[J]. 李铁民,杜波. 遗传. 2011(03)
[5]植物非寄主抗性研究进展[J]. 陈红霖,王义琴,储成才,李平. 遗传. 2008(08)
[6]我国小麦品种抗条锈性丧失原因及其解决途径[J]. 李振岐. 中国农业科学. 1980(03)
博士论文
[1]水稻—小麦条锈菌互作研究及G3P在小麦SAR中的功能研究[D]. 杨宇衡.西北农林科技大学 2014
[2]水稻对小麦叶锈菌的非寄主抗性研究及条锈菌侵染的小麦叶片蛋白质组学分析[D]. 李红兵.西北农林科技大学 2011
硕士论文
[1]水稻抽穗基因Hd1的CRISPR/Cas9载体构建及结果分析[D]. 王兰.四川农业大学 2015
[2]水稻对小麦条锈菌非寄主抗性的遗传分析及小麦TaMPK6基因的克隆和功能分析[D]. 邢慧君.西北农林科技大学 2013
本文编号：3573046
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