9-LOX家族脂氧合酶基因ZmLOX3和ZmLOX12調(diào)節(jié)玉米抗病機(jī)制研究.pdf

1、生物脅迫是限制作物生產(chǎn)的主要危害因子之一，它嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此研究作物抗病機(jī)制，解析作物與病原菌互作模式、挖掘抗病基因，是培育抗病品種的基礎(chǔ)。本研究通過(guò)解析兩個(gè)9-LOX家族脂氧合酶基因ZmLOX3和ZmLOX12的抗病機(jī)制，取得以下主要結(jié)果:
　　(1)通過(guò)玉米LOX3基因突變體與黃曲霉脂氧合酶基因突變體互作系統(tǒng)研究宿主與病原真菌的脂氧合酶基因在病原真菌侵染宿主過(guò)程中的作用，進(jìn)一步闡述宿主和病原真菌間脂氧合酶基因調(diào)節(jié)

2、宿主抗病或感病分子機(jī)制以及研究宿主與病原真菌間的相互作用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):宿主ZmLOX3基因可以抑制黃曲霉菌的定植與產(chǎn)孢，同時(shí)病原真菌PpoA、PpoD、和PpoC氧化酶基因需要依靠宿主LOX3基因的作用來(lái)調(diào)節(jié)自身孢子的產(chǎn)生，而病原真菌脂氧合酶loxA基因不需要依靠宿主LOX3基因的作用即可調(diào)節(jié)自身的產(chǎn)孢，同時(shí)病原真菌PpoA控制自身黃曲霉毒素的合成，并且宿主中籽粒中ABA和IAA可以促進(jìn)病原真菌黃曲霉毒素的積累。這一結(jié)果說(shuō)明玉米LOX

3、3基因可以抵抗黃曲霉菌的侵害，同時(shí)在黃曲霉菌體內(nèi)的脂氧合酶基因參與其侵染宿主過(guò)程中，并且與宿主的脂氧合酶相互作用共同參與宿主對(duì)病原真菌的抗病與感病過(guò)程中。本研究證實(shí)脂氧合酶基因是宿主與病原真菌間相互作用的重要信號(hào)交流分子，為研究作物與病原真菌互作分子機(jī)制以及作物抗病育種提供優(yōu)異的基因資源和理論基礎(chǔ)。
　　(2)ZmLOX3是禾生炭疽菌誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病反應(yīng)(ISR)的負(fù)調(diào)控因子，但在lox3突變體中存在的ISR長(zhǎng)距離抗性傳導(dǎo)

4、信號(hào)的調(diào)控機(jī)制尚不清楚。本研究通過(guò)發(fā)現(xiàn)在lox3突變體在根部接種木霉菌后ZmLOX12的表達(dá)水平增加，進(jìn)一步對(duì)ZmLOX12基因突變體進(jìn)行功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn):在接種木霉菌后，相比野生型玉米材料，ZmLOX12缺陷型突變體lox12-1不僅缺失ISR信號(hào)，且更易感禾生炭疽菌。這說(shuō)明LOX12基因的正常表達(dá)是產(chǎn)生ISR的必要條件，是宿主體內(nèi)ISR信號(hào)正調(diào)控因子。對(duì)宿主內(nèi)植物激素以及與茉莉酸合成有關(guān)的基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，根部接種木霉菌后lox12-1

5、突變體內(nèi)的OPDA含量（茉莉酸前體）以及JA-Ile含量顯著低于未接種的突變體及野生型材料。茉莉酸是調(diào)節(jié)ISR的主要信號(hào)分子，這可以解釋為什么經(jīng)過(guò)木霉菌作用后的lox12-1突變體對(duì)禾生炭疽菌表現(xiàn)出系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病性感病性。因此LOX12參與調(diào)解根部木霉菌誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病性過(guò)程中的分子機(jī)制，通過(guò)調(diào)節(jié)茉莉酸合成相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)間接調(diào)節(jié)宿主體內(nèi)茉莉酸含量，進(jìn)而參與木霉菌系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病反應(yīng)，是宿主系統(tǒng)誘導(dǎo)抗病機(jī)制的正調(diào)控因子。
　　(

6、3)為明確ZmLOX12基因的誘導(dǎo)表達(dá)機(jī)制，我們分離了ZmLOX12基因的啟動(dòng)子序列。序列分析發(fā)現(xiàn)LOX12啟動(dòng)子含有許多重要的順式作用元件，如:BIHD10S、ASF1-motif、GCC-core、MYB-core和POLLEN1LELAT52。將啟動(dòng)子序列連接GUS基因轉(zhuǎn)化擬南芥發(fā)現(xiàn)，木霉菌可以誘導(dǎo)ZmLOX12啟動(dòng)子激活GUS基因表達(dá)，外源施加MeJA有相同誘導(dǎo)效果，這從另一方向上證實(shí)玉米LOX12基因可以受到木霉菌和茉莉酸的誘