小麦种质N0308抗白粉菌侵染影响的差异蛋白质组学研究

发布时间：2017-04-02 10:10

  本文关键词：小麦种质N0308抗白粉菌侵染影响的差异蛋白质组学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：小麦白粉病是由专化型白粉菌Blumeria graminis f.sp.tritici(Bgt)引起的一种小麦常见病害,是世界范围内显著影响小麦生产产量的重要病害之一。抗病基因无疑是抵御白粉病害最经济有效的手段。目前,利用远缘杂交抗病育种技术,已成功的向普通小麦导入多个近缘野生物种抗病基因,这些抗性基因显示出不同程度的抗病性。为进一步揭示植物抗病机制,揭示寄主-病原体相互作用下的分子机制,近年来开展了许多基因组和转录组学方面的研究,但在蛋白质组学方面的研究较少。因此,本文使用蛋白质组学及相关研究,旨在解释小麦白粉病抗性反应的分子机制。小麦白粉病抗病新品系N0308携带抗白粉病基因PmG25,该品系是通过野生二粒小麦(T.dicoccoides)G25与中国小麦白粉病易感小麦“陕253”杂交得来。本实验通过接种Bgt E09后,使用二维凝胶电泳以及质谱分析对小麦叶片进行蛋白质组学分析。研究结果揭示了参与小麦响应病菌胁迫作用的防御相关蛋白及其网络。最后,对于差异表达蛋白使用实时荧光定量PCR从转录水平进行验证。该研究的主要发现如下:1.与未被感染的小麦相比,感染24,48和72小时的小麦总共得到87个具有显著差异(1.5-倍变化;p0.05)并且可重复的凝胶蛋白质点。其中,37个点为下调表达,其余则在诱导后上调表达。参考小麦的NCBInr数据库及亲缘较近的小麦属物种质谱数据注释了其中79个蛋白。这些蛋白质的功能表明他们参与的代谢途径包括:胁迫和抗病性(20%)、光合作用(14%)、糖代谢(14%)、翻译和转录(11%)、能量调节(6%),蛋白质周转(6%)、次生代谢(9%)、基因表达(4%),和细胞重组(3%)。2.被Bgt-接种的样本中,上调的几个抗病蛋白属于CC-NBS-LRR防御基因家族。重要的是,三个蛋白质显示出具有白粉病抗性基因序列Pm3b同源性,另一个被确认为类似Pm3b抗病蛋白2Q4。其他蛋白质鉴定抗病蛋白CNL2,LRR14和RPM1。除此之外,研究发现两个分子伴侣蛋白,两个病原相关的蛋白质和一些过敏反应、化学防御有关的蛋白在小麦叶片组织中表现过量诱导表达。3.总体而言,通过蛋白质组学数据分析发现了由小麦白粉病诱发的几个复杂的代谢途径,这些途径参与防御响应基因Pm3b相互作用介导引起的特定抗性反应。病菌接种侵染后,抑制小麦光合主要蛋白和增强糖代谢与能量通路相关蛋白表达的结果意味着提高能量代谢有助于激活主动防御病原菌侵害途径,并维持细胞稳态。另外,次生代谢物,转录和翻译的不同表达也暗示着其在随后的小麦抗病分子相应机制中发挥着重要的作用。4.17个特定基因的荧光定量PCR分析结果表明,其中6个基因的转录表达的蛋白质表达水平具有一致性;1个基因的转录调控与蛋白质表达水平呈现相反的结果;其他基因的转录水平与蛋白质组学结果具有部分一致性。蛋白质的转录后调控可能引起这些差异。这个结果给我们提供了一个重要提示,白粉病可能在不影响特定基因转录的情况下改变小麦植株中蛋白质表达。
【关键词】：小麦 抗白粉病 叶片蛋白组学 双向电泳 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱 实时定量PCR
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S435.121.46
【目录】：

• ABSTRACT6-8
• 摘要8-12
• Chapter 1 Review of Literature12-37
• 1.1 Research progress on powdery mildew of wheat12-20
• 1.1.1 Features and causes of wheat powdery mildew13-15
• 1.1.2 Prevention and control of the disease15-16
• 1.1.3 Wheat powdery mildew resistant genes and genetic researches16-20
• 1.2 Proteomics and recent advances in proteomic techniques20-22
• 1.3 Research progress on wheat proteomics22-24
• 1.3.1 Proteomics for studying genetic variability of wheat22-23
• 1.3.2 Proteomic research for biotic and abiotic stresses of wheat23-24
• 1.4 Use of proteomics in plant pathology and resistant breeding24-33
• 1.4.1 Proteomics of plant pathogenic fungi26-28
• 1.4.2 Proteomic research for disease resistance of rice28-29
• 1.4.3 Proteomic research for disease resistance of maize29-31
• 1.4.4 Proteomic research for disease resistance of wheat31-33
• 1.5 Prospects of proteomics33-34
• 1.6 Layout of the study34-37
• 1.6.1 Purpose and significance of the research34-36
• 1.6.2 Technical workflow of the study36-37
• Chapter 2 Materials and Methods37-57
• 2.1 Materials37-43
• 2.1.1 Plant material37
• 2.1.2 Biochemical reagents37-38
• 2.1.3 Major instruments and equipements38
• 2.1.4 Sample preparation38-43
• 2.2 Methods43-57
• 2.2.1 Seedling growth and powdery mildew inoculation43
• 2.2.2 Protein extraction43-44
• 2.2.3 Quantification of protein in the sample44
• 2.2.4 Two-dimensional gel electrophoresis (2-DE)44-48
• 2.2.5 Gel staining48-49
• 2.2.6 Analysis of gels for differentially expressed protein49
• 2.2.7 Mass spectrometry analysis49-50
• 2.2.8 Searching databases and protein identification50-51
• 2.2.9 Functional analysis51
• 2.2.10 Validation of selected DEPs through real-time q RT-PCR51-57
• Chapter 3 Results and Analyses57-75
• 3.1 Optimization of methods and technology57-58
• 3.2 Analysis of 2-DE gels for differential expression of proteins58-60
• 3.3 Bioinformatic analysis and identification of DEPs60-61
• 3.4 Functional category of identified proteins61
• 3.5 Expression patterns of the identified proteins61-69
• 3.6 Post-translational modifications of proteins69-72
• 3.7 Transcription analysis of the selected genes72-75
• Chapter 4 Discussions75-93
• 4.1 Wheat-Bgt interaction in relation to gene-for-gene concept75-76
• 4.2 Functional implications of identified proteins in wheat-Bgt interaction76-90
• 4.3 Proposed defensive pathway of wheat in response to Bgt infection90-91
• 4.4 Validation of selected genes at transcriptional level through q RT-PCR91-93
• Chapter 5 Summery and Innovation93-96
• 5.1 Summery93-94
• 5.2 Innovation94-95
• 5.3 Research prospects95-96
• References96-117
• Acknowledgements117-118
• About the Author118

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 于伟丽;;野生二粒小麦及其在普通小麦改良中的应用研究进展[J];山东农业科学;2009年09期

2 陈全战;张边江;周峰;吴梅;华春;;普通小麦-簇毛麦易位系T6BS·6BL-2VS的选育[J];安徽农业科学;2008年32期

3 徐国庆;;采用ISSR方法研究簇毛麦属与偃麦草属染色体组的遗传关系[J];安徽农业科学;2011年14期

4 孙果忠,马民强,赵和,谢晓亮,柴建芳,王海波;小麦抗白粉病育种亲本及后代性状分析[J];河北农业大学学报;2000年04期

5 解超杰,杨作民,孙其信;小麦抗白粉病基因[J];西北植物学报;2003年05期

6 王竹林;刘曙东;王辉;何中虎;夏先春;陈新民;段霞瑜;;‘百农64’慢白粉性的遗传分析[J];西北植物学报;2006年02期

7 曹爱忠;陈全战;王海燕;王秀娥;陈佩度;;基于专化的反转录转座子序列开发鉴定簇毛麦染色质的PCR分子标记[J];西北植物学报;2007年06期

8 刘爱峰;李豪圣;刘建军;程敦公;宋健民;王洪刚;;小偃麦异代换系抗病基因的鉴定及其SSR分子标记[J];分子植物育种;2008年02期

9 朱玉丽;王黎明;王洪刚;;小麦抗白粉病基因Pm5e的SSR标记研究[J];分子植物育种;2008年06期

10 贾海燕;姚国旗;张政值;许红星;付必胜;孔忠新;马正强;;一个一粒小麦抗白粉病主效QTL的定位[J];分子植物育种;2009年04期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 刘大钧;;基因组分析与小麦抗病育种[A];农业科技创新与生产现代化学术研讨会论文集[C];2001年

2 杨足君;冯娟;周建平;刘成;任正隆;;原位杂交鉴定导入小麦的多年生簇毛麦染色质[A];2005年全国作物遗传育种学术研讨会暨中国作物学会分子育种分会成立大会论文集（二）[C];2005年

3 翟雯雯;;小麦白粉病抗性基因的研究进展[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集（下册）[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘成;多年生簇毛麦基因组新重复序列的分离及其在小麦抗病新种质鉴定中的应用[D];电子科技大学;2010年

2 李光蓉;小麦族物种α-醇溶蛋白基因的克隆与分子进化研究[D];电子科技大学;2010年

3 张瑞奇;簇毛麦籽粒硬度基因和贮藏蛋白基因的染色体定位及易位系选育[D];南京农业大学;2010年

4 覃碧;小麦抗白粉病基因Pm6的精细定位及其候选基因的克隆[D];南京农业大学;2011年

5 曹亚萍;硬粒小麦—簇毛麦双倍体花粉辐射高效诱导属间染色体易位[D];南京农业大学;2008年

6 王林生;利用辐射诱导涉及大赖草5Lr和7Lr染色体的普通小麦—大赖草易位系和端体系[D];南京农业大学;2008年

7 胡利君;偃麦草染色质向小麦中转移及小麦—偃麦草抗性新种质的鉴定[D];电子科技大学;2012年

8 王心宇;分子标记技术在小麦抗白粉病育种及指纹图谱分析中的应用研究[D];南京农业大学;2000年

9 亓增军;冬小麦种质“矮孟牛”的分子细胞遗传学研究[D];南京农业大学;2000年

10 万平;小麦Rht3，Gai3基因的分子标记和被导入外源染色体的部分同源群归属研究[D];南京农业大学;2000年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈静;利用杀配子染色体诱导小麦—二倍体长穗偃麦草3E染色体易位研究[D];哈尔滨师范大学;2010年

2 关西贞;小麦抗白粉病近等基因系的差异蛋白质组学研究[D];山东农业大学;2010年

3 胡娜;小麦抗白粉病基因的分子标记检测及其抗性评价[D];安徽农业大学;2010年

4 程文娟;多花黄精微卫星标记的开发和利用[D];安徽师范大学;2010年

5 刘春燕;小麦抗叶锈近等基因系TcLr45分子标记开发与凝集素类受体蛋白激酶基因的克隆[D];河北农业大学;2011年

6 余利;小麦种质系山农030-1抗白粉病基因的分子标记定位[D];山东农业大学;2011年

7 亓晓蕾;小麦抗白粉病基因Pm21的分子标记和分子标记辅助选择[D];山东农业大学;2011年

8 邬昌荣;多年生簇毛麦物种PSY基因的克隆与进化分析[D];电子科技大学;2011年

9 王丹;一个小麦抗白粉病隐性基因的鉴定和分子标记定位[D];四川农业大学;2011年

10 徐甜甜;施氮量对小麦籽粒高分子量麦谷蛋白亚基积累的调控效应研究[D];南京农业大学;2011年

  本文关键词：小麦种质N0308抗白粉菌侵染影响的差异蛋白质组学研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：282299