小麥條銹菌溫度敏感性及熱脅迫下差異蛋白質(zhì)組學(xué)研究.pdf

1、由小麥條銹菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici）引起的小麥條銹病是小麥生產(chǎn)上危害最為嚴重的世界性病害。近年來國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，小麥條銹菌對高溫的適應(yīng)性在全球氣候變化的大背景下有所增強。本研究利用21個已知抗條銹病基因的近等基因品系對2010-2011年小麥生長季采自6個省市78株已知溫度敏感性（ET50）的小麥條銹菌群體進行毒性鑒定，并利用AFLP技術(shù)對其進行遺傳多樣性分析，明確了小麥條銹菌毒性、遺

2、傳多樣性以及溫度敏感性三者之間的關(guān)系。對不同溫度耐受類型菌株在熱脅迫條件下的體外萌發(fā)、侵染過程及差異表達蛋白進行了分析，從組織學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)兩個層面初步闡明小麥條銹菌溫度耐受性的機制。具體結(jié)果如下：
　　1.小麥條銹菌對溫度敏感性與毒性及遺傳多樣性關(guān)系
　　利用21個已知抗條銹病基因近等基因系作鑒別寄主對條銹菌株進行毒性鑒定結(jié)果表明，不同省市小麥條銹菌群體的毒性基因多樣性存在一定差異，甘肅菌株群體毒性多樣性指數(shù)H值最高（0.

3、2693），云南菌株群體最低（0.1504）。遺傳多樣性結(jié)果顯示，6省市小麥條銹菌群體遺傳多樣性指數(shù) H值范圍在0.1255~0.1653之間，遺傳一致度 GI為0.9647~0.9872，遺傳距離 GD為0.0129~0.0360。條銹菌毒性、遺傳多樣性和溫度敏感性三者的相關(guān)性分析表明，條銹菌群體毒性多樣性與平均ET50存在顯著負相關(guān)，與ET50變異系數(shù)呈正相關(guān)，而與遺傳多樣性沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。
　　2.不同溫度耐受型的小麥條

4、銹菌的生物學(xué)特性
　　選擇不同溫度耐受類型菌株各2株在10℃、15℃、20℃、25℃進行體外萌發(fā)差異試驗，發(fā)現(xiàn)在正常溫度和高溫脅迫下耐高溫菌株的萌發(fā)較不耐高溫菌株更早、萌發(fā)率更高。具體表現(xiàn)為在最適溫度（10±0.3℃）條件下萌發(fā)24 h后，不同溫度耐受類型菌株的萌發(fā)率均能達到80％以上，但耐高溫菌株要顯著早于不耐高溫菌株，不耐高溫菌株3 h的萌發(fā)率不足10％，而耐高溫菌株在65-80%之間；隨著溫度的升高，不耐高溫菌株的萌發(fā)率顯著

5、下降，25℃條件下萌發(fā)24 h孢子萌發(fā)率不足20％，而耐高溫菌株均在90％以上。
　　對不同溫度耐受類型菌株在高溫脅迫條件下的侵染過程觀察發(fā)現(xiàn)，菌株接種小麥幼苗24 h后，不同溫度耐受性菌株的生長發(fā)育進度存在顯著差異，在10℃下24 h即開始形成吸器母細胞和吸器結(jié)構(gòu)，但在21℃下沒有發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的形成，說明高溫抑制了條銹菌菌絲的分化從而延遲菌株的侵染過程；隨著時間的推移，耐高溫菌株菌絲分枝數(shù)、菌落線性長度、吸器母細胞和吸器數(shù)在10℃

6、和21℃下的差異較小，而不耐高溫菌株在10℃和21℃下的差異顯著；耐高溫菌株在21℃下48 h-96 h內(nèi)的菌絲分枝數(shù)、菌落線性長度、吸器母細胞和吸器數(shù)及其侵染速率都顯著高于不耐高溫菌株，說明在高溫條件下，耐高溫菌株的溫度耐受性及侵染力顯著高于不耐高溫菌株。
　　3.不同溫度耐受型的小麥條銹菌的蛋白質(zhì)組學(xué)差異
　　利用基于同位素標(biāo)記相對和絕對定量技術(shù)（iTRAQ技術(shù)）的比較蛋白質(zhì)組學(xué)對小麥條銹菌耐高溫菌株萌發(fā)階段熱脅迫前后的

7、差異表達蛋白進行研究，共鑒定到2575個蛋白，其中差異表達上調(diào)蛋白87個，下調(diào)蛋白123個。生物信息學(xué)分析結(jié)果表明，耐高溫菌株熱脅迫后參與氧化應(yīng)激反應(yīng)，超氧自由基的清除血紅素過氧化物酶、過氧化氫酶、硫氧還蛋白還原酶表達上調(diào)，從而使細胞內(nèi)氧化還原及生理活動恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)，參與脅迫應(yīng)答反應(yīng)的GTP結(jié)合蛋白YPT1、GTP結(jié)合蛋白YPT3及AGC蛋白激酶表達也上調(diào)；參與糖酵解途徑的磷酸烯醇丙酮酸羧激酶和6-磷酸葡萄糖異構(gòu)酶表達上調(diào)，為熱脅迫后的