小麥白粉病引致的葉片與籽粒差異表達蛋白分析.pdf

1、白粉病在各小麥生產(chǎn)區(qū)時有發(fā)生，常造成嚴重的產(chǎn)量和品質(zhì)損失。目前防治該病害最為有效的措施是化學防治和種植抗性品種。然而由于白粉菌與寄主的共進化，很多抗白粉病藥劑和小麥品種喪失抗性。因此，研究白粉病與小麥的親和相互作用機理、分析白粉病對籽粒發(fā)育的影響機制、挖掘白粉病脅迫的響應(yīng)蛋白并分析其功能、作用機制便具有重要意義。
　　本研究以實驗室前期鑒定的高感白粉病小麥品種西農(nóng)979為試驗材料，白粉菌菌種為目前大田流行、致病力較強的生理小種E2

2、0。通過室內(nèi)和大田試驗相結(jié)合的方法，利用蛋白質(zhì)組學技術(shù)分別對感白粉病小麥的葉片和籽粒蛋白表達譜進行分析，挖掘相關(guān)的響應(yīng)蛋白;利用qRT-PCR技術(shù)研究白粉病對籽粒淀粉合成酶的表達及其酶活性的影響。以期為生產(chǎn)上該病害的有效防治和產(chǎn)量、品質(zhì)損失評估提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:
　　1.通過雙向電泳(2-DE)和質(zhì)譜分析(MALDI-TOF/TOF-MS)技術(shù)對白粉菌侵染的小麥葉片進行了蛋白質(zhì)組表達分析，鑒定出49個差異表達蛋白點，代表

3、46個獨立蛋白。這些蛋白質(zhì)主要參與了光合作用、抗性反應(yīng)、碳代謝、氨基酸代謝、蛋白質(zhì)代謝、能量產(chǎn)生、信號轉(zhuǎn)導、細胞結(jié)構(gòu)等生化途徑。與對照相比，感病小麥葉片中參與抗性反應(yīng)和基礎(chǔ)代謝途徑的蛋白質(zhì)的豐度增加，而參與光合作用和信號轉(zhuǎn)導的蛋白質(zhì)表達下調(diào)。此外，白粉菌侵染后期比前期有更多的抗氧化蛋白被誘導表達。感病葉片中高表達的6-磷酸葡萄糖脫氫酶和異檸檬酸脫氫酶說明戊糖磷酸途徑和TCA循環(huán)可能與宿主的抗性反應(yīng)有關(guān)。MAPK5的下調(diào)表達可能為白粉菌的

4、侵染提供了便利。為了檢驗蛋白質(zhì)組表達分析結(jié)果，通過qRT-PCR技術(shù)進行了白粉菌侵染過程中葉片蛋白的轉(zhuǎn)錄表達分析，挑選15個蛋白點進行相應(yīng)基因的表達分析，結(jié)果表明13個基因與其相應(yīng)的蛋白點表達趨勢一致。證明了蛋白質(zhì)組學結(jié)果的正確性。
　　2.利用蛋白質(zhì)組學技術(shù)研究白粉病對小麥籽粒發(fā)育的影響。通過質(zhì)譜分析技術(shù)鑒定出111個差異表達蛋白，屬于85個獨立蛋白，6個蛋白質(zhì)表達模式很好地展現(xiàn)了小麥籽粒形成的時序變化。質(zhì)譜分析鑒定出的蛋白點涉

5、及的生化途徑主要有:脅迫/抗性、碳代謝、氨基酸代謝、蛋白質(zhì)合成/組裝/降解、轉(zhuǎn)錄/翻譯、能量代謝、光合作用、儲藏蛋白和信號轉(zhuǎn)導。通過比較對照和感病籽粒的蛋白質(zhì)表達譜發(fā)現(xiàn)，有36個蛋白點在兩樣品中共積累但具有不同的表達模式;43個蛋白點具有顯著的豐度差異，這些蛋白點參與的代謝途徑有:脅迫/抗性反應(yīng)、基礎(chǔ)代謝和貯藏蛋白。與對照相比，感病籽粒中與抗性反應(yīng)相關(guān)的蛋白點α-嘌呤硫素、乳腺谷胱甘肽裂解酶和α-淀粉酶抑制劑CM16的下調(diào)表達可能有助于

6、小麥和白粉菌的親和相互作用。而β-淀粉酶和甘油醛-3-磷酸脫氫酶在感病籽粒中的大量積累及腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的下調(diào)表達可能是導致籽粒淀粉含量降低的主要原因。貯藏蛋白在感病籽粒中的含量高于對照，表明白粉病可引起籽粒蛋白含量的提高。20個蛋白質(zhì)基因的qRT-PCR分析結(jié)果顯示，籽粒發(fā)育過程中14個基因的表達趨勢與相應(yīng)蛋白的表達趨勢一致，證明了蛋白質(zhì)組學結(jié)果的可信性。
　　3.利用qRT-PCR技術(shù)研究白粉病不同發(fā)病程度對小麥籽粒

7、淀粉合成酶表達的影響。結(jié)果表明，隨著感病程度的增加，小麥籽粒的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、淀粉分支酶和可溶性淀粉合成酶基因的表達均被抑制，其酶活性下降;而束縛態(tài)淀粉合成酶Ⅰ的基因表達和酶活性均高于對照;去分支酶基因表達和對照相比沒有明顯變化，但其酶活性在病害高峰期高于對照。感病程度增加導致支鏈淀粉含量和總淀粉含量顯著降低，直鏈淀粉含量增加。因此，白粉病通過改變籽粒淀粉合成相關(guān)酶基因的表達及活性而影響淀粉的積累。
　　綜上所述，本研

8、究得出的主要結(jié)論有:(1)感染白粉病小麥葉片碳代謝的增強為抗病反應(yīng)提供能量的同時可能還參與了抗病反應(yīng);抗氧化蛋白表達的延遲和MAPK5在侵染過程中表達的下降為白粉菌的侵染提供了便利。(2)小麥葉部病害導致籽粒貯藏物質(zhì)分解代謝增強、合成作用降低，大量抗病相關(guān)蛋白含量在病害高峰期的降低更為白粉菌的侵染提供了便利。(3)感染白粉病小麥葉片光合同化產(chǎn)物積累的降低導致輸送到籽粒進行貯藏物質(zhì)合成的碳源減少，而籽粒淀粉合成酶表達的下降又引起小麥庫器官