精胺代谢相关基因在棉花抗黄萎病中的功能

发布时间：2017-06-28 19:11

  本文关键词：精胺代谢相关基因在棉花抗黄萎病中的功能，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：棉花是世界重要的经济作物。棉花黄萎病是严重影响产量和品质的土传维管束病害。挖掘棉花抗黄萎病相关基因、解析其抗病机制对于棉花抗黄萎病遗传改良具有重要意义。本实验室前期筛选黄萎病菌诱导的陆地棉抗病品种SSH文库及海岛棉c DNA文库获得了非常重要的差异表达基因,进一步分析发现了多胺新陈代谢途径基因的富集,通过实时荧光定量技术分析多胺途径基因在黄萎病菌胁迫下的表达模式,发现多胺氧化酶基因Gh PAO、S-腺苷甲硫胺酸脱羧酶基因Gh SAMDC、精胺合成酶基因Gh SPMS和热精胺合成酶基因Gh ACL5与黄萎病抗性关系最密切,因此研究棉花PAO/SAMDC/SPMS/ACL5在黄萎病菌胁迫下的功能及抗病分子机制,将为解析抗黄萎病机制提供理论依据。主要包含以下几方面的研究内容:(1)利用病毒介导的基因沉默技术干扰棉花内源PAO/SAMDC/SPMS/ACL5的表达,研究对黄萎病抗性的影响及关联的底物、产物变化;(2)利用拟南芥进行基因的过表达操作,研究对黄萎病抗性的影响,从分子生物学、细胞学、生理生化和表型水平解析抗病分子机制;(3)通过分析不同抗感棉花品种在黄萎病菌胁迫下的多胺含量变化及多胺对黄萎病菌生长的体外抑制效应,解析多胺水平与棉花黄萎病抗性的关系。获得主要结果如下:1、Gh PAO转基因拟南芥表现出增强的黄萎病抗性,伴随降低的植株体内黄萎病菌的生物量、病症,显著提高了黄萎病菌胁迫进程中的PAO酶活水平、底物腐胺、亚精胺和精胺、产物过氧化氢、激素水杨酸及植保素camalexin水平,并且调动了拟南芥内源多胺新陈代谢的14个关键基因的表达上调。另外,精胺和水杨酸能诱导拟南芥内源多胺新陈代谢14个关键基因的表达上调。2、Gh PAO具有典型的FAD-specific吸收光谱,最适p H为8.0,最适温度为40度,最适底物为精胺,Gh PAO催化精胺的部分反向转化。外源腐胺、亚精胺、热精胺和精胺都能显著的抑制黄萎病菌菌丝、孢子及菌落的生长,并且精胺的抑制效果最为卓越。在接种黄萎病菌前的20个抗、感棉花品种中的多胺水平无明显的规律,但是在接种黄萎病菌以后,10个抗病的棉花品种中的腐胺、亚精胺和精胺含量均明显高于10个感病的棉花品种。3、在棉花和拟南芥中精胺积累能有效诱导植保素camalexin的积累,并且精胺能诱导植保素camalexin途径关键基因丝裂原激活蛋白激酶及细胞色素P450氧化酶的表达上调。另外,植保素camalexin对黄萎病菌的生长也具有显著的抑制作用。沉默Gh PAO使棉花表现感病,并伴随升高的病情指数,及受损的腐胺、亚精胺、精胺、过氧化氢和植保素camalexin水平,Gh PAO通过Spm和camalexin信号参与植物抗性反应。4、负责精胺合成的关键基因Gh SAMDC和Gh SPMS在抗病的棉花材料中受黄萎病菌和植物激素诱导表达上调,沉默棉花的Gh SAMDC或Gh SPMS对黄萎病侵染表现出感病性,外源添加精胺使基因沉默的棉花抗性增强。在拟南芥中过表达Gh SAMDC增强了黄萎病抗性,伴随精胺、水杨酸和亮氨酸的积累。转Gh SPMS拟南芥对黄萎病侵染表现为感病,接菌后腐胺和水杨酸信号表现受损。5、Gh ACL5在抗病棉花品种接种黄萎病菌后被快速诱导,但在感病棉花品种中表达波动不大。另外,Gh ACL5能有效的响应植物激素水杨酸、茉莉酸和乙烯的诱导。沉默Gh ACL5使棉花表现感病,并伴随升高的病情指数。沉默棉花Gh ACL5使棉花植株表现为严重的矮化,显著降低了植株高度,伴随显著降低的热精胺水平。在拟南芥中过量表达Gh ACL5显著提高了拟南芥的植株高度,并伴随显著提高的热精胺水平。
【关键词】：棉花 黄萎病抗性 多胺氧化酶 热精胺合成酶 精胺 植保素
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S435.62
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 引言13-19
• 2 材料和方法19-33
• 2.1 试验材料19
• 2.2 试验方法19-33
• 2.2.1 棉苗、拟南芥苗培育及黄萎病菌接菌处理19-20
• 2.2.2 RNA、DNA提取及cDNA的合成20-22
• 2.2.3 实时荧光定量PCR表达分析22-23
• 2.2.4 多胺、植保素camalexin、氨基酸对黄萎病菌的抑菌活性测定23-24
• 2.2.5 植物激素水杨酸、植保素camalexin含量测定24-25
• 2.2.6 TRV基因沉默载体构建及农杆菌转化25-26
• 2.2.7 多胺含量、多胺氧化酶活性测定26-27
• 2.2.8 棉花多胺氧化酶生化特性27-32
• 2.2.9 过氧化氢含量及过氧化氢酶活力测定32
• 2.2.10外源药剂添加、氨基酸含量和电导率测定32-33
• 3 结果与分析33-72
• 3.1 棉花PAO通过精胺和植保素信号参与植物的黄萎病抗性33-54
• 3.1.1 GhPAO在黄萎病菌及植物激素诱导下的表达模式33-35
• 3.1.2 转GhPAO拟南芥的黄萎病抗性鉴定及功能分析35-46
• 3.1.3 棉花多胺氧化酶GhPAO的生化特性46-48
• 3.1.4 沉默GhPAO对棉花黄萎病抗性的影响48-50
• 3.1.5 体外多胺对黄萎病菌生长的影响50-52
• 3.1.6 黄萎病菌胁迫下抗感棉花品种中多胺水平差异分析52-54
• 3.2 棉花SAMDC通过水杨酸和亮氨酸信号参与植物的黄萎病抗性54-63
• 3.2.1 棉花SAMDC/SPMS在黄萎病菌及激素诱导下的表达模式54-55
• 3.2.2 棉花SAMDC/SPMS沉默植株的抗性表现55-57
• 3.2.3 过表达棉花SAMDC/SPMS拟南芥的抗性表现57-60
• 3.2.4 转GhSAMDC/GhSPMS拟南芥在黄萎病菌胁迫下的氨基酸水平变化60
• 3.2.5 GhSAMDC/GhSPMS调控的黄萎病抗性与水杨酸途径的关联分析60-62
• 3.2.6 外源添加腐胺、水杨酸、亮氨酸对棉花黄萎病抗性的影响62-63
• 3.3 棉花ACL5通过调控热精胺水平参与植株的茎伸长和黄萎病抗性63-72
• 3.3.1 过表达GhACL5对拟南芥株高的影响63-67
• 3.3.2 转GhACL5拟南芥株高的提高与发芽早晚的关系67-68
• 3.3.3 沉默GhACL5对棉花株高的影响68-69
• 3.3.4 体外热精胺对黄萎病菌生长的抑制效应69-70
• 3.3.5 棉花GhACL5在黄萎病菌及植物激素诱导下的表达模式70-71
• 3.3.6 沉默GhACL5对棉花黄萎病抗性的影响71-72
• 4 讨论72-78
• 4.1 转GhPAO拟南芥在黄萎病菌胁迫下调控多胺水平的策略72-73
• 4.2 精胺增强植物对黄萎病抗性的分子机制73-74
• 4.3 GhPAO调控的植物抗黄萎病机制74-75
• 4.4 水杨酸和亮氨酸相关信号参与GhSAMDC调控的精胺抗性75-76
• 4.5 GhACL5通过调控热精胺水平以提高株高和植物抗性76-78
• 5 结论78-79
• 参考文献79-90
• 附录I90-94
• 相关学术论文94-95
• 作者简历95-96
• 致谢96-97

【参考文献】

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