谷子對黑穗病菌和鎘脅迫的響應(yīng).pdf

1、谷子(Setaria italica L.)是我國北方地區(qū)一種重要的農(nóng)作物，其生長和發(fā)育受病原菌、重金屬、干旱等多種逆境影響。谷子粒黑穗病是谷子產(chǎn)區(qū)的一種常見真菌病害，嚴(yán)重影響谷子的產(chǎn)量和品質(zhì)。研究谷子對黑穗病菌的防御機(jī)制、挖掘谷子抗黑穗病的關(guān)鍵基因有助于系統(tǒng)闡述谷子抗黑穗病的分子機(jī)理，能夠為谷子抗病遺傳育種提供一定的理論依據(jù)。此外，隨著工業(yè)的快速發(fā)展及工業(yè)三廢的排放，農(nóng)田鎘污染日益嚴(yán)重。鎘對谷子的危害及干預(yù)措施的研究成為谷子栽培中必須

2、面臨的現(xiàn)實問題。谷子在栽培過程中由于其籽粒小，需要大播種量來保證全苗，再通過人工間苗達(dá)到適宜的留苗密度。人工間苗是一種繁瑣的工作，根據(jù)化控免間苗技術(shù)特點，篩選一種藥物對谷種進(jìn)行處理，實現(xiàn)谷子的免間苗或少間苗，對減輕人工勞動力具有重要意義。
　　本文以對黑穗病抗、感差異明顯的冀谷20號和長農(nóng)35號兩個谷子品種為材料，通過高通量測序技術(shù)研究黑穗病菌侵染對谷子基因表達(dá)譜的影響;并以長農(nóng)44谷子幼苗為材料，研究外源SO2衍生物對鎘(Cd)

3、致谷子幼苗毒性的緩解效應(yīng)及相關(guān)機(jī)制。另外，對15種本地常用的谷子品種進(jìn)行GML藥物處理，研究GML藥劑對谷種出苗及留苗的影響，篩選GML藥物發(fā)揮間苗作用的處理條件。主要研究結(jié)果如下:
　　1、選高抗品種冀谷20和高感品種長農(nóng)35對照組正常植株和拌菌組發(fā)病植株的小穗的穗梗，利用BGISEQ-500RS測序平臺檢測其基因表達(dá)譜發(fā)現(xiàn):和對照組相比，染病植株冀谷20有420個基因差異表達(dá)，其中顯著上調(diào)表達(dá)的基因有209個，顯著下調(diào)表達(dá)的基

4、因有211個;染病植株長農(nóng)35有101個基因顯著上調(diào)表達(dá)，253個基因顯著下調(diào)表達(dá)。冀谷20的上調(diào)表達(dá)基因數(shù)多于長農(nóng)35。對差異表達(dá)基因GO功能注釋表明，映射在細(xì)胞(Cell)、細(xì)胞組成(Cell part)和細(xì)胞器(Organelle)功能方面的差異表達(dá)基因數(shù)較多。對差異表達(dá)基因KEGG pathway分析發(fā)現(xiàn)，在抗病相關(guān)代謝途徑的植物與病原菌互作途徑(Plant-pathogen interaction，ko04626)和植物激素信

5、號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑(Plant hormone signal transduction，ko04075)富集的基因較多，其次，在抗病相關(guān)的苯丙烷類合成途徑(Phenylpropanoid biosynthesis，ko00940)也有基因富集。從中篩選出6個與抗病相關(guān)的基因，分別為F5H、CML、RPM1、WRKY29、DELLA和BSK，它們在染病植株冀谷20中均顯著上調(diào)表達(dá)，而在長農(nóng)35中下調(diào)或無明顯變化。對轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，冀谷20

6、在對黑粉菌響應(yīng)時的轉(zhuǎn)錄因子種類和數(shù)量均多于長農(nóng)35。
　　2、在濃度250μmol·L-1和500μmol·L-1的Cd脅迫下，谷子幼根和地上組織生長受到明顯抑制，且膜脂過氧化增加;與Cd單獨處理組相比，用500μmol·L-1SO2衍生物預(yù)處理后，Cd對根及地上組織的生長抑制作用減弱，MDA含量下降，根中谷胱甘肽(GSH)含量提高，過氧化物酶(POD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)等酶活性提高，滲透調(diào)

7、節(jié)物質(zhì)可溶性糖和脯氨酸含量明顯增加，地上組織GSH含量和POD、GST酶活性均提高。結(jié)果表明:SO2可通過上調(diào)抗氧化酶系統(tǒng)的POD、GPX活性清除ROS和增加可溶性糖和脯氨酸含量保持細(xì)胞滲透平衡，并通過維持較高的GSH水平和提高GST活性來減少Cd引發(fā)的氧化損傷，增強Cd解毒能力。
　　3、谷子是小粒作物，田間播種量大，適宜的留苗密度對谷子的生長及高產(chǎn)有著重要作用。為提高人工間苗勞動效率，篩選到一種化學(xué)藥物GML，可降低谷子的留苗

8、密度。對GML藥效的研究表明，GML浸泡谷種后對15種本地常用谷子的出苗率無明顯影響，不同濃度GML對谷苗的留苗率影響不同。高濃度GML短時間內(nèi)可使谷苗死亡，而低濃度GML較長時間作用亦導(dǎo)致谷苗出土后死亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，藥浸谷種和正常谷種混勻播種后，正常谷種出土后谷苗生長良好，藥浸谷種也正常發(fā)芽出土，但谷苗在短期內(nèi)自行死亡，可發(fā)揮間苗作用。
　　通過對GML藥物的不同處理條件進(jìn)行研究，選出了GML適宜濃度為0.7‰～4.0％，浸