水稻苗期叶片细胞壁对稻瘟病菌侵染的响应研究

发布时间：2018-11-18 08:46

【摘要】：水稻是世界上重要的粮食作物,稻瘟病是世界水稻生产上最具毁灭性的三大病害之一。加强水稻与稻瘟病菌互作机制的研究,可为培育广谱、持久抗性水稻品种,制定防控稻瘟病害的新措施奠定基础。同时,水稻-稻瘟病菌病害系统被认为是研究植物-病原菌互作的模式体系。加强水稻与稻瘟病菌互作的研究,其意义深远。植物细胞壁作为病原菌入侵的第一道屏障,是寄主与病原菌相互作用的重要场所,在植物对病原菌的抵抗中具有重要作用。但目前,水稻与稻瘟病菌互作过程中水稻细胞壁的作用还没有受到广泛的重视。在稻瘟病菌侵染过程中,水稻细胞壁组成物质发生了哪些积极的变化还没有被研究。本文以稻瘟病菌侵染过程中的水稻叶片作为试验材料,对水稻细胞壁的抗性作用进行了系统研究,获得如下结果:1.在稻瘟病菌侵染过程中不同抗性水稻品种叶片细胞壁自发荧光增强规律通过对稻瘟病菌侵染过程中水稻叶片自发荧光增强现象观察和测定发现,抗性品种叶片细胞壁自发荧光增强现象出现的早,增强强度高于感病品种。水稻叶片对稻瘟病菌侵染的响应是系统性的,叶肉是水稻叶片响应稻瘟病菌侵染最强烈的亚组织。表明水稻叶片细胞壁自发荧光增强与水稻抗性相关。稻瘟病菌侵染引起水稻叶片细胞壁物质组成的改变,可通过自发荧光信号的检测获得重要信息。2.水稻叶片不同亚组织细胞壁物质组成差异首次用24种细胞壁组成物质的抗体对水稻叶片横切面进行荧光免疫标记,获得4类11种抗体有效标记信号,明确了纤维素、木质素、甘露聚糖、不同甲基酯化程度的同型半乳糖醛酸、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、阿拉伯半乳糖蛋白及伸展蛋白等细胞壁组成物质在水稻叶片上表皮、下表皮、叶肉、泡状细胞、维管束鞘、木质部、韧皮部及上侧及下侧厚壁组织等9个亚组织的分布特征。本结果可为解析水稻叶片亚组织功能上的差异提供依据。3.水稻细胞壁组成物质对稻瘟病菌侵染的响应采用荧光免疫标记与胶体金免疫标记的方法,对稻瘟病菌侵染过程中不同抗性水稻品种苗期叶片细胞壁组成物质的变化进行了动态研究。结果表明,叶肉、表皮、泡状细胞、维管束鞘、维管束参与水稻与稻瘟病菌互作。稻瘟病菌侵染,引起阿拉伯半乳糖蛋白含量上升,抗性越强的品种,其叶肉中的阿拉伯半乳糖蛋白含量在接种24h-72h上升速度越快。稻瘟病菌侵染,引起水稻叶片甘露聚糖含量下降,在侵染初期,抗性品种含量显著高于感病品种,抗性越强的品种,其叶肉细胞中甘露聚糖含量越高。不同的果胶组分,对稻瘟病菌侵染的响应是不同的。稻瘟病菌侵染,引起阿拉伯聚糖和高度甲基酯化同型半乳糖醛酸含量下降,而半乳聚糖含量上升。表明在稻瘟病菌侵染过程中水稻叶片细胞壁中的阿拉伯半乳糖蛋白、甘露聚糖和果胶组分含量发生的变化与水稻抗性密切相关。4.细胞壁相关基因表达对稻瘟病菌侵染的响应通过对稻瘟病菌侵染过程中不同抗性水稻幼苗叶片细胞壁相关基因表达的研究发现,7个细胞壁相关激酶基因均可对稻瘟病菌侵染产生响应。抗病能力越强的品种,其响应速度越快,表达高峰出现的时间越早。12个甘露聚糖合成相关基因均可对稻瘟病菌侵染产生响应。其中4个基因表达趋势在抗感品种间存在差异;有6个基因抗性品种的表达峰值显著高于感病品种;2个基因在接种0h,抗性品种的表达量极显著地高于感病品种。5个阿拉伯半乳糖蛋白编码基因可对稻瘟病菌侵染产生规律性响应。抗病品种表达呈现为单峰曲线,YJ19表达峰值均在接种24h,且表达量显著高于IRBL22和LTH;IRBL22表达趋势与YJ19相似;稻瘟病菌侵染引起LTH表达量显著下降,其峰值出现在接种0-12h。说明水稻细胞壁相关基因对稻瘟病菌侵染能够产生积极响应,细胞壁相关基因的响应速度、表达峰值及表达趋势与水稻抗性相关。本文的主要创新点在于:对稻瘟病菌侵染过程中水稻叶片细胞壁自发荧光增强现象进行了系统的研究,同时通过对水稻叶片亚组织的研究,明确水稻叶片对稻瘟病菌侵染响应的系统性。且首次对水稻叶片亚组织细胞壁物质组成及其对稻瘟病菌侵染的响应进行研究。综上所述,本文首先从水稻叶片自发荧光现象入手,明确在稻瘟病菌侵染过程中水稻叶片细胞壁自发荧光增强信号与水稻抗性相关。叶片对稻瘟病菌侵染的响应是系统性的,叶肉是响应最强烈的部位,表皮、泡状细胞、维管束鞘及维管束均参与了水稻与稻瘟病菌互作。明确了纤维素、木质素、甘露聚糖、不同甲基酯化程度的同型半乳糖醛酸、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、阿拉伯半乳糖蛋白及伸展蛋白等细胞壁组成物质在水稻叶片不同亚组织的分布特征。水稻叶片中的阿拉伯半乳糖蛋白,甘露聚糖和果胶组分与水稻抗性密切相关。细胞壁相关基因响应速度、表达峰值及表达趋势均与水稻抗性相关。
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【学位授予单位】：云南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S435.111.41
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本文编号：2339520