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Integrated transcriptome and metabolite profiling highlights the role of benzoxazinoids in wheat resistance against Fusarium crown rot

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The Crop Journal 2022年第2期10卷 407-417页

作者： shuonan duan Jingjing Jin Yutian Gao Changlin Jin Junyi Mu Wenchao Zhen Qixin Sun Chaojie Xie Jun Ma College of Agronomy and Biotechnology China Agricultural UniversityBeijing 100193China Institute of Genetics and Physiology Hebei Academy of Agriculture and Forestry SciencesShijiazhuang 050051HebeiChina College of Agronomy Hebei Agricultural UniversityBaoding 071001HebeiChina Hebei Plant Protection and Quarantine General Station Shijiazhuang 050051HebeiChina

Fusarium crown rot(FCR), caused by Fusarium spp., is a chronic and severe plant disease worldwide. In the last years, the incidence and severity of FCR in China has increased to the point that it is now considered a threat to local wheat crops. In this study, for the first time, the metabolites and transcripts responsive to FCR infection in the partial resistant wheat cultivar 04 Zhong 36(04 z36) and susceptible cultivar Xinmai 26(XM) were investigated and compared at 20 and 25 days post inoculation(dpi). A total of 443 metabolites were detected, of which 102 were significantly changed because of pathogen *** of these 102 metabolites belonged to the flavonoid, phenolic acid, amino acid and derivative *** metabolites, such as proline betaine, lauric acid, ribitol, and arabitol, were stably induced by Fusarium pseudograminearum(Fp) infection at two time points and may have important roles in FCR resistance. In line with the reduced seedling height of 04 z36 and XM plants, RNA-seq analysis revealed that FCR infection significantly affected the photosynthesis activities in two cultivars. Furthermore, 15 jasmonate ZIM-domain genes(JAZ) in the significantly enriched ‘regulation of jasmonic acid mediated signaling pathway’ in 04 z36 were down-regulated. The down-regulation of these JAZ genes in 04 z36 may cause a strong activation of the jasmonate signaling pathway. Based on combined data from gene expression and metabolite profiles, two metabolites, benzoxazolin-2-one(BOA) and 6-methoxy-benzoxazolin-2-one(MBOA), involved in the benzoxazinoid-biosynthesis pathway, were tested for their effects on FCR resistance. Both BOA and MBOA significantly reduced fungal growth in vitro and in vivo, and, thus, a higher content of BOA and MBOA in 04 z36 may contribute to FCR resistance. Above all, the current analysis extends our understanding of the molecular mechanisms of FCR resistance/susceptibility in wheat and will benefit further efforts for the genetic imp

关键词： Fusarium crown rot Wheat Metabolites Transcript Benzoxazinoid

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Changes in concentrations and transcripts of plant hormones in wheat seedling roots in response to Fusarium crown rot

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The Crop Journal 2023年第5期11卷 1441-1450页

作者： Yutian Gao Xuejun Tian Weidong Wang Xiangru Xu Yuqing Su Jiatian Yang shuonan duan Jinlong Li Mingming Xin Huiru Peng Qixin Sun Chaojie Xie Jun Ma College of Agronomy and Biotechnology China Agricultural UniversityBeijing 100193China Institute of Biotechnology and Food Science Hebei Academy of Agriculture and Forestry SciencesShijiazhuang 050051HebeiChina

Fusarium crown rot(FCR) is a soilborne disease causing severe yield losses in many wheat-growing areas of the world. Diseased plants show browning and necrosis of roots and stems causing white heads at maturity. Little is known about the molecular processes employed by wheat roots to respond to the disease. We characterized morphological, transcriptional and hormonal changes in wheat seedling roots following challenge with Fusarium pseudograminearum(Fp), the main pathogen of FCR. The pathogen inhibited root development to various extents depending on plants' resistance level. Many genes responsive to FCR infection in wheat roots were enriched in plant hormone pathways. The contents of compounds involved in biosynthesis and metabolism of jasmonic acid, salicylic acid, cytokinin and auxin were drastically changed in roots at five days post-inoculation. Presoaking seeds in methyl jasmonate for 24 h promoted FCR resistance, whereas presoaking with cytokinin 6-benzylaminopurine made plants more susceptible. Overexpression of TaOPR3, a gene involved in jasmonic acid biosynthesis, enhanced plant resistance as well as root and shoot growth during infection.

关键词： Fusarium crown rot(FCR) Wheat Hormone Root TaOPR3

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盐胁迫下钾吸收途径的抑制对小麦叶片K^+、Na^+含量的影响

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麦类作物学报 2017年第11期37卷 1428-1433页

作者：张华宁刘子会李国良张红梅张艳敏段硕楠郭秀林河北省农林科学院遗传生理研究所/河北省植物转基因中心重点实验室河北石家庄050051

为研究盐胁迫下小麦维持钾、钠平衡的生理机制,以耐盐小麦沧麦6005和盐敏感小麦矮抗58为材料,利用TEA、NEM、Ba(NO_3)_2三种药物分别抑制钾离子通道、钾载体及非选择性阳离子通道,测定正常及盐胁迫下小麦叶片K^+、Na^+含量,比较耐盐性... 详细信息

为研究盐胁迫下小麦维持钾、钠平衡的生理机制,以耐盐小麦沧麦6005和盐敏感小麦矮抗58为材料,利用TEA、NEM、Ba(NO_3)_2三种药物分别抑制钾离子通道、钾载体及非选择性阳离子通道,测定正常及盐胁迫下小麦叶片K^+、Na^+含量,比较耐盐性不同的小麦品种在K^+、Na^+吸收中的差异。结果显示,盐胁迫下,沧麦6005和矮抗58叶片K^+含量下降,Na^+含量增加;沧麦6005叶片Na^+含量低于矮抗58,K^+/Na^+比值高于矮抗58。正常条件下,NEM、TEA处理均可降低沧麦6005和矮抗58叶片K^+含量,NEM处理较TEA处理效果更为明显;TEA处理显著降低了盐胁迫下矮抗58叶片K^+含量,而NEM处理则明显降低了盐胁迫下沧麦6005的叶片K^+含量;TEA、NEM、Ba(NO_3)_2处理降低了盐胁迫下矮抗58叶片Na^+含量,仅NEM处理降低了沧麦6005叶片Na^+含量。综上所述,正常条件下,钾载体是小麦K^+吸收的主要方式;盐胁迫下,耐盐品种和盐敏感品种K^+吸收途径不同,耐盐品种的NSCCs和钾离子通道具有更强的"拒钠"能力。

关键词：小麦盐胁迫 K+吸收 Na+吸收

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Integrated transcriptome and metabolite profiling highlights the role of benzoxazinoids in wheat resistance against Fusarium crown rot

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The Crop Journal 2022年第2期

作者： shuonan duan Jingjing Jin Yutian Gao Changlin Jin Junyi Mu Wenchao Zhen Qixin Sun Chaojie Xie Jun Ma

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植物热激转录因子家族的多样性和复杂性研究进展

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中国农学通报 2018年第35期34卷 36-43页

作者：段硕楠李国良张园园郭秀林河北省农林科学院遗传生理研究所/河北省植物转基因中心重点实验室石家庄050051

植物热激转录因子(Heat shock transcription factor,Hsf)作为网络调控中一类重要的调节因子,能够响应多种生物和非生物胁迫,并赋予植物多种胁迫抗性。目前植物Hsf的研究主要集中于模式植物,研究对象多数为A族成员。大田作物Hsf家族基... 详细信息

植物热激转录因子(Heat shock transcription factor,Hsf)作为网络调控中一类重要的调节因子,能够响应多种生物和非生物胁迫,并赋予植物多种胁迫抗性。目前植物Hsf的研究主要集中于模式植物,研究对象多数为A族成员。大田作物Hsf家族基因的研究起步较晚,近年来逐渐成为热点领域。本研究着重综述了植物热激转录因子的结构、分类、功能多样性和调控机制的复杂性等方面,指出植物Hsf的多效性不仅有利于植物适应单一胁迫环境,更易于植物适应与田间相似的多种逆境交叉胁迫环境,是一类理想的抗逆型遗传改良基因资源。未来,在充分了解大田作物Hsf家族基因分类和特性的基础上,特别加强Hsf对多种逆境及其共同胁迫的调控作用,充分解析Hsf的时空表达特异性及网络调控机制。文章同时探讨了未来相关研究需要加强的重点及难点领域。

关键词：植物热激转录因子保守结构分类特性功能多样性遗传改良

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小麦粒重分子标记Xgwm299等位变异的鉴定及分析

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分子植物育种 2023年第22期21卷 7408-7414页

作者：任倩倩高月李国良张华宁孟祥照段硕楠郭秀林刘子会河北工程大学园林与生态工程学院邯郸056000 河北省农林科学院生物技术与食品科学研究所河北省植物转基因中心重点实验室石家庄050051

小麦千粒重是构成小麦产量三因素中最重要、且广义遗传力最高的一个因素。鉴定千粒重相关的SSR分子标记,可为小麦分子育种提供依据。本研究以‘邯6172’和‘中国春’为亲本构建的包含254个家系在内的重组自交系群体为研究对象,根据SSR... 详细信息

小麦千粒重是构成小麦产量三因素中最重要、且广义遗传力最高的一个因素。鉴定千粒重相关的SSR分子标记,可为小麦分子育种提供依据。本研究以‘邯6172’和‘中国春’为亲本构建的包含254个家系在内的重组自交系群体为研究对象,根据SSR分子标记Xgwm299在RIL群体内的扩增结果分类,统计不同类别群体内籽粒表型性状的特征。研究结果表明:Xgwm299在RIL群内可扩增出3种等位变异类型:Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型,其分布频率分别为:48.4%、46.1%、5.5%;Ⅱ型等位变异与籽粒宽度、籽粒周长分别呈极显著正相关关系(P<0.01),与千粒重、籽粒表面积分别是显著正相关关系(P<0.05);Ⅰ型等位变异与籽粒宽度、籽粒周长分别呈极显著负相关关系(P<0.01),与千粒重、籽粒表面积分别是显著负相关关系(P<0.05);Ⅲ型等位变异与所调查籽粒性状不相关;具有Ⅱ型等位变异的材料在千粒重、籽粒长度、籽粒周长、籽粒表面积4个籽粒性状方面的平均值均显著高于Ⅰ型等位变异材料的各性状平均值;由此可知Xgwm299是与籽粒相关的一个分子标记,其Ⅱ型等位变异是粒重相关的优良等位变异。该研究结果可为小麦粒重分子标记辅助选择育种提供参考。

关键词：小麦粒重分子标记等位变异

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Changes in concentrations and transcripts of plant hormones in wheat seedling roots in response to Fusarium crown rot

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The Crop Journal 2023年第5期

作者： Yutian Gao Xuejun Tian Weidong Wang Xiangru Xu Yuqing Su Jiatian Yang shuonan duan Jinlong Li Mingming Xin Huiru Peng Qixin Sun Chaojie Xie Jun Ma

来源：博看期刊评论

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