ZmFBL41与ZmNCED6互作调控玉米纹枯病抗性机制研究

作     者：杨章帅 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李宁

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 090401[农学-植物病理学] 

主      题：玉米纹枯病 抗病机理 ZmFBL41 ZmNCED6 脱落酸 

摘      要：玉米纹枯病(banded leaf and sheath blight,BLSB)是由立枯丝核菌(Rhizoctonia solani Kühn)引起的一种土传性真菌病害,对玉米产量造成严重危害。本实验室前期通过对318份玉米自交系接种纹枯病菌后的表型数据,通过全基因组关联分析鉴定到一个玉米纹枯病隐性抗性基因Zm FBL41,该基因编码F-box蛋白,是E3泛素复合体SKP1-Cullin1-F-box(SCF)的一个重要组分,其能通过泛素化降解木质素合成酶Zm CAD负调控玉米对纹枯病抗性。此外,我们还筛选到了另一个Zm FBL41候选互作蛋白玉米9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶6(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase 6,Zm NCED6),并对其展开了研究,取得了以下结果:1.利用酵母双杂交、Pull-down、Bi FC实验验证了Zm FBL41蛋白与Zm NCED6蛋白的互作,并通过体内体外降解实验验证了Zm FBL41蛋白能通过26S蛋白酶体泛素化降解Zm NCED6蛋白。2.对B73玉米自交系接种纹枯病菌发现Zm NCED6基因能够响应纹枯病菌的诱导,且ABA含量在病原菌侵染条件下明显上升。3.利用农杆菌介导的遗传转化创制了Zm NCED6过表达转基因水稻,对其进行纹枯病抗性鉴定,发现Zm NCED6基因正向调控水稻对纹枯病的抗性。并且Zm NCED6过表达转基因水稻接种纹枯病菌后ABA含量上升。4.外源喷施实验证明ABA可以提高玉米和水稻对纹枯病的抗性。通过体外预喷施实验证明ABA可以激活防御反应,从而增强玉米对纹枯病的抗性。5.Zm NCED6过表达转基因水稻接种纹枯病菌后气孔导度和气孔开度减少,胼胝质合成和积累增加,JA合成增加,说明Zm NCED6基因可以通过调节气孔开闭、胼胝质沉积和JA合成来介导纹枯病抗性反应。6.利用酵母双杂交和Pull-down实验证明了抗病单倍型Zm FBL41能够与Zm NCED6互作并通过26S蛋白酶体泛素化降解Zm NCED6,说明Zm FBL41的自然变异不影响其与Zm NCED6的互作。7.Zm NCED6过表达转基因水稻的发芽率降低,主根生长受到抑制,并且抽穗期净光合速率低于野生型,这表明ABA含量的增加影响了Zm NCED6过表达转基因水稻生长发育。本研究鉴定了一个Zm FBL41的新底物Zm NCED6,发现Zm FBL41通过泛素化降解Zm NCED6,导致ABA含量下降,使气孔开放、胼胝质沉积减少、JA合成降低,进而负向调节纹枯病的抗性。本研究揭示了一条新的Zm FBL41调控纹枯病抗性的信号通路,充实了Zm FBL41介导的纹枯病抗性机制,为玉米纹枯病的抗性遗传改良提供了理论依据。