煙草赤星病抗感材料Beinhart 1000-1和K326間生理和分子差異比較分析.pdf

1、煙草赤星?。˙rown-spot）是一種由鏈格孢菌（Alternaria alternate）引起的世界性真菌病害，具有發(fā)病快，難治愈等特性，赤星病病原菌侵染煙草葉片后會(huì)破壞葉片完整性，改變?nèi)~片化學(xué)成分，嚴(yán)重影響煙草品質(zhì)，從而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。使用化學(xué)藥物防治煙草赤星病不僅污染環(huán)境，還會(huì)損害煙葉品質(zhì)。目前來(lái)講，解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵在于培育高抗赤星病的煙草品種。抗赤星病的煙草種質(zhì)資源非常有限，充分發(fā)掘現(xiàn)有抗性資源進(jìn)行優(yōu)質(zhì)煙草品種的抗性改良是

2、煙草抗性育種的重要課題。
　　然而煙草的病害抗性應(yīng)答是一個(gè)復(fù)雜的生理、病理過(guò)程，涉及多個(gè)遺傳因子和功能基因，利用現(xiàn)代生物技術(shù)，從分子水平揭示煙草赤星病抗性應(yīng)答的作用機(jī)制對(duì)煙草抗性育種具有重要理論價(jià)值。目前植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及其中關(guān)鍵調(diào)控因子和靶基因的調(diào)控表達(dá)研究已成為植物分子抗逆育種領(lǐng)域的熱點(diǎn)內(nèi)容。植物主要激素茉莉酸、乙烯和水楊酸在植物病害應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，通過(guò)各信號(hào)途徑之間的相互拮抗或協(xié)同作用形成了復(fù)雜有序的植物激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

3、。病害侵染會(huì)激活植物的激素合成，并誘導(dǎo)下游病程相關(guān)基因（ pathogenesis-related genes，PR）等防衛(wèi)基因的表達(dá)，從而增強(qiáng)植物的病害抗性。植物激素激活病程相關(guān)蛋白的表達(dá)需要一系列調(diào)控蛋白參與，在激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑中，上游的激酶及轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子等在病程相關(guān)蛋白的表達(dá)調(diào)控中起重要作用，是影響植物病害抗性的重要因素。
　　K326是我國(guó)廣泛種植的一個(gè)高品質(zhì)煙草品種，比較分析其與抗赤星病材料 Beinhart1000-1

4、之間的分子差異，開(kāi)發(fā)赤星病抗性標(biāo)記，并對(duì)K326進(jìn)行品種抗性改良具有很好的應(yīng)用價(jià)值。本研究首先通過(guò)植物生理和分子生物學(xué)研究技術(shù)，比較分析了高抗赤星病的煙草品種Beinhart1000-1與赤星病敏感栽培種K326之間的病害抗性差異。Beinhart1000-1在接種赤星病病原菌后，葉片出現(xiàn)局部壞死病斑，但病斑不發(fā)生擴(kuò)散，表現(xiàn)出對(duì)赤星病良好抗性；但K326在接種赤星病病菌后，葉片很少發(fā)生壞死，通常病斑會(huì)持續(xù)擴(kuò)散，直至整個(gè)葉片腐爛，表現(xiàn)出對(duì)

5、赤星病的敏感性。
　　進(jìn)一步利用定量 RT-PCR技術(shù)，本研究著重分析了11個(gè) PR基因及3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子家族（WRKY, bHLH和AP2/EREBP）的16個(gè)基因在Beinhart1000-1和K326應(yīng)答赤星病病原菌和植物激素（茉莉酸和乙烯）處理過(guò)程中的表達(dá)差異，揭示了二者抗性差異的分子基礎(chǔ)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
　　1. Beinhart1000-1和K326間PR基因及轉(zhuǎn)錄因子對(duì)赤星病病原菌的敏感性差異明顯
　　通過(guò)對(duì)

6、比分析接種赤星病病原菌后 Beinhart1000-1和 K326中相關(guān)基因的相對(duì)表達(dá)量發(fā)現(xiàn)，候選的11個(gè)PR基因中有9個(gè)在Beinhart1000-1中表現(xiàn)出對(duì)赤星病病原菌更加強(qiáng)烈的敏感性，分別是PR1a, PRB-1b, PR3a, PRQ, PRR, PR4, PR5，PR3b和Gluc；16個(gè)分別屬于3個(gè)家族（AP2/EREBP, bHLH和WRKY）的候選轉(zhuǎn)錄因子中有13個(gè)，即ERF1，ERF2，ERF3b， ERF8，ERF

7、32，ERF168，EREBP1，CEF1，XP1，TSi1，WRKY4，WRKY11和MYC2在Beinhart1000-1中表現(xiàn)出對(duì)赤星病病原菌更加強(qiáng)烈的敏感性。
　　2. Beinhart1000-1和K326間PR基因及轉(zhuǎn)錄因子對(duì)茉莉酸及乙烯的敏感性差異明顯
　　通過(guò)對(duì)比分析茉莉酸處理后后Beinhart1000-1和K326中相關(guān)基因的相對(duì)表達(dá)量發(fā)現(xiàn)，PR基因中的PRB-1b, PR5, Gluc和PRR尤其在Be

8、inhart1000-1中表現(xiàn)出對(duì)茉莉酸更加強(qiáng)烈的敏感性；轉(zhuǎn)錄因子中的ERF8，TSi1，XP1，WRKY11和MYC2在Beinhart1000-1中表現(xiàn)出對(duì)茉莉酸更加強(qiáng)烈的敏感性。同時(shí)通過(guò)對(duì)比分析乙烯處理后Beinhart1000-1和K326中相關(guān)基因的相對(duì)表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)PR基因中的PRB-1b, PR5, Gluc和PR3b在Beinhart1000-1中表現(xiàn)出對(duì)乙烯更加強(qiáng)烈的敏感性；轉(zhuǎn)錄因子中的ERF8，ERF168和WRKY1

9、1在Beinhart1000-1中的表現(xiàn)出對(duì)乙烯的更加強(qiáng)烈敏感性。
　　研究還發(fā)現(xiàn)，茉莉酸，乙烯和病原菌能夠同時(shí)強(qiáng)烈誘導(dǎo)Beinhart1000-1中的PR5, Gluc和PRB-1b及上游轉(zhuǎn)錄因子基因WRKY11和 ERF8的表達(dá)，但不能以同樣的效果誘導(dǎo)相關(guān)基因在K326中的表達(dá)，揭示煙草的赤星病抗病調(diào)控途徑可能為：煙草在受到赤星病病原菌侵害后，啟動(dòng)茉莉酸和乙烯的合成途徑，從而激活茉莉酸和乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，進(jìn)一步由相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子

10、WRKY11/ERF8調(diào)控激發(fā)下游關(guān)鍵靶基因 PR5/Gluc/PRB-1b的表達(dá)從而使機(jī)體產(chǎn)生對(duì)赤星病的抗性。另外作為茉莉酸信號(hào)途徑中的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)錄因子，MYC2在煙草中受到赤星病病原菌和茉莉酸的誘導(dǎo)，并且其在Beinhart1000-1中的絕對(duì)表達(dá)量遠(yuǎn)超過(guò)其在K326中的表達(dá)水平，表明茉莉酸信號(hào)途徑可能在 Beinhart1000-1對(duì)抗赤星病的免疫應(yīng)答反應(yīng)中起主導(dǎo)作用。進(jìn)一步的種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育試驗(yàn)也證明，Beinhart100